Построение диаграммы фаз газораспределения

Диаграмму фаз газораспределения принято изображать в виде круговой диаграммы (рис. 19). Для построения диаграммы фаз газораспределения вычерчивают окружность произвольного радиуса R ₀ из центра 0. Пересечение вертикальной оси и окружности соответствует положению верхней и нижней мертвых точек (см. рис. 19). Начало отсчета угла поворота коленчатого вала φ (нулевая точка) совпадает с положение ВМТ. Положительное направление отчета выбирается по часовой стрелке. На круговой диаграмме указываются углы, соответствующие опережению открытия впускного и выпускного клапанов, первый от ВМТ влево, второй от НМТ вправо (отрицательное направление отсчета угла φ). Затем отмечаются углы, соответствующие закрытию впускного и выпускного клапанов, первый от НМТ влево, второй от ВМТ вправо (положительное направление отсчета угла положительном направлении отчета угла φ). Для визуального выделения фазы открытого состояния впускного клапана из центра 0 проводят дугу радиусом R ₁ (R ₁ > R ₀), начало и конец дуги совмещают с углами начала открытия и закрытия клапана (см. рис. 19). Аналогичную процедуру проделывают и для выпускного клапана, проводя из центра 0 дугу радиусом R ₂ < R ₀.

Для выделения фаз газораспределения на индикаторной диаграмме под ней строят вспомогательную полуокружность радиусом R = S/2 (рис. 20), где S -ход поршня. Далее из центра полуокружности (точка 0) в сторону НМТ откладывается поправка Брикса, равную r λ/2 (точка 0'). Из точки 0' проводят лучи под углами к оси абсцисс, соответствующими опережению открытия и запаздыванию закрытия впускного и выпускного клапанов. Направление лучей определяется линиями их отсчета- ВМТ и НМТ.

Из точек пересечения лучей с полуокружностью проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы, характеризующими рассматриваемые такты работы двигателя. Точки открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов затем переносятся и на развернутую индикаторную диаграмму

Определение основных размеров поршневой, шатунной групп и газораспределительного механизма

В графической части курсового проекта студент проектирует поршневую, шатунную группы, газораспределительный механизм и поперечный разрез двигателя. При выборе геометрических параметров деталей вышеперечисленных групп и механизмов необходимо воспользоваться рекомендациями, приведенными ниже.

Поршневая группа

 

Поршневая группа включает в себя поршень, поршневые кольца (уплотнительные и маслосъемные), поршневой палец и элементы, ограничивающие его осевые перемещения.

Поршень. Наиболеенапряженным элементом поршневой группы является поршень. Поршеньвоспринимает давление газов, развивающееся в цилиндре при реализации в нем рабочего цикла, и через палец передает усилие на шатун.

Основными тенденциями совершенствования поршней современных двигателей является снижение их массогабаритных параметров, повышение прочности и износостойкости и снижение коэффициента линейного расширения.

Поршни автотракторных двигателей изготавливаются в основном из алюминиевых сплавов ми реже из чугуна.

Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршня (рис. 21) приведены в табл. 4.

Рис. 21. Поршневая группа (основные размеры)

Таблица 4

Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршневой группы

Наименование элементов поршня	Бензиновые двигатели	Дизели
Толщина днища поршня, δ/D	0,05…0,09	0,12…0,20
Высота поршня, H/D	0,08…1,20	1,00…1,50
Высота огневого (жарового) пояса, e/D	0,06…0,09	0,11…0,20
Толщина первой кольцевой перемычки, h п/ D	0,03…0,05	0,04…0,06
Высота верхней части поршня, h1/D	0,45…0,75	0,60…1,00
Высота юбки поршня, h ю /D	0,60…0,75	0,60…0,70
Внутренний диаметр поршня, di	di=D- 2(S+t)+Δ t
Толщина стенки головки поршня, S/D	0,05…0,10	0,05…0,10
Толщина стенки юбки поршня, δ ю, мм	1,50…4,50	2,00…5,00
Радиальная толщина кольца, t/D:
компрессионного	0,035…0,045	0,040…0,045
маслосъемного	0,030…0,043	0,038…0,043
Радиальный зазор кольца в канавке поршня, Δ t, мм
компрессионного	0,70…0,95	0,70…0,95
маслосъемного	0,90…1,10	0,90…1,10
Высота кольца, а, мм	1,50…4,00	3,00…5,00
Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии, A0/t	2,5…4,0	3,2…4,0
Число масляных отверстий в поршне, п м	6…12	6…12
Диаметр масляного канала, d м	0,3…0,5	0,3…0,5
Диаметр бобышки, dб/D	0,3…0,5	0,3…0,5
Расстояние между торцами бобышек, b/D	0,3…0,5	0,3…0,5
Наружный диаметр поршневого пальца, d п /D	0,22…0,28	0,30…0,38
Внутренний диаметр поршневого пальца, d в /d п	0,65…0,75	0,50…0,70
Длина пальца, l п/ D:
закрепленного	0,85…0,90	0,85…0,90
плавающего	0,78…0,88	0,80…0,85
Длина головки шатуна, l п.г /D:
при закрепленном пальце	0,28…0,32	0,28…0,32
при плавающем пальце	0,33…0,45	0,33…0,45

Поршневые кольца. Поршневые кольца выполняют три основные функции:

· герметизацию надпоршневого пространства в целях максимального использования тепловой энергии топлива;

· отвода теплоты от поршня в стенки цилиндра;

· рационально распределяют масляный слой по поверхности цилиндра и ограничивают попадание масла в камеру сгорания.

Выполнение этих функций в современных двигателях обеспечивается комплектом колец. Как правило, комплект включает в себя три кольца: два компрессионных (рис. 22) и одно маслосъемное (рис. 23).

Наиболее нагруженным в тепловом отношении является первое (верхнее) компрессионное кольцо, температура которого достигает 200…250 ºС. Оно изготавливается из легированного высокопрочного чугуна или из высокоуглеродистой стали.

Рис.22. Конструкция компрессионных колец:

а — прямоугольного профиля; б — с конической рабочей поверхностью; в — с бочкообразной рабочей поверхностью; г, д — прямоугольного профиля с прямоугольной или скошенной внутренней выточкой; е, ж — с поперечным сечением в виде симметричной и несимметричной трапеции; з — скребковые; к — витые стальные; х — с обратным торсионом

 

Второе компрессионное кольцо кроме функции герметизации выполняет дополнительно выполняет и функцию маслосъема. Оно работает в более «мягких» условиях по давлению, температуре, чем первое компрессионное кольцо.

Третье кольцо – маслосъемное, оно обеспечивает съем масла со стенок цилиндра и сброс его через отверстия в поршне в картер.

Рис.23. Конструкции маслосъемных колец:

а — коробчатого типа без расширителя; б — коробчатого типа с витым пружинным расширителем; в — два скребковых кольца; г — коробчатого типа с радиальным расширителем; д — с радиальным и осевым расширителем; е — с тангенциальным расширителем

 

Основными конструктивными параметрами поршневых колец являются: отношение диаметра цилиндра к радиальной толщине кольца D/t; отношение разности между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состояниях к толщине кольца A₀/t; высота кольца а.

Поршневой палец. При работе палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига и смятия. Он изготавливается из малоуглеродистых или легированных сталей, подвергаемых цементации и закалке. Основные типы поршневых пальцев представлены на рис. 24

Рис. 24. Конструкция поршневых пальцев:

а — трубчатый; б — г — равнопрочный с конической внутренней поверхностью

 

 

Шатунная группа

 

Конструкция шатунов, применяемых в автомобильных двигателях разнообразна и зависит в основном от типа двигателя и расположения цилиндров. При работе двигателя шатун подвергается воздействию знакопеременных сил – газовых и инерционных и при минимальном весе должен обладать необходимыми прочностными характеристиками. Поэтому шатуны изготавливаются из марганцовистых, хромистых сталей с содержанием углерода 0,30…0,45%.

Основными элементами шатунной группы (рис. 25) являются поршневая и кривошипная головки, стержень шатуна и шатунные болты. Их основные конструктивные параметры приведены в табл. 5, 6, 7.

Рис. 25. Шатунная группа

Таблица 5

Основные конструктивные размеры поршневой головки

 

Величина	Бензиновые двигатели	Дизели
Внутренний диаметр поршневой головки d: без втулки	d≈d п	d≈d п
с втулкой	(1,10…1,25) d п	(1,10…1,25) d п
Наружный диаметр головки d г	(1,25…1,65) d п	(1,3…1,7) d п.
Длина поршневой головки шатуна d п.г:
с закрепленным пальцем	(0,28…0,32) D	(0,28…0,32) D
с плавающим пальцем	(0,33…0,45) D	(0,33…0,45) D
Минимальная радиальная толщина стенки головки h г	(0,16…0,27) d п	(0,16…0,27) d п
Радиальная толщина стенки втулки s в	(0,055…0,085) d п	(0,070…0,085) d п

 

Таблица 6

Основные конструктивные размеры шатунной головки

 

Размеры кривошипной головки	Пределы изменения
Диаметр шатунной шейки d ш.ш	(0,56…0,75) D
Толщина стенки вкладыша t B: тонкостенного толстостенного	(0,03…0,05) d ш.ш 0,1 d ш.ш
Расстояние между шатунными болтами Сб	(1,30…1,75) d ш.ш
Длина кривошипной головки l к	(0,45…0,95) d ш.ш

 

Основными конструктивными параметрами стержня шатуна кроме его длины l _ш= r /λ являются размеры среднего сечения (см. рис. 25). Значение этих параметров приведено в табл. 7

Таблица 7

Основные конструктивные параметры стержня шатуна

 

Размеры сечения шатуна	Бензиновые двигатели	Дизели
h ш min	(0,50…0,55) d г	(0,50…0,55) d г
h ш	(l,2…1,4) h ш min	(l,2…1,4) h ш min
b ш	(0,50…0,60) l п.г	(0,55…0,75) l п.г
a ш ≈ t ш	(2,5…4,0)	(4,0…7,5)

 

Шатунные болты. В четырехтактных двигателях болты, стягивающие половинке кривошипной головки шатуна, подвергаются растяжению от действия сил инерции поступательно движущихся масс поршня и шатуна и вращающихся масс, расположённых над плоскостью разъема кривошипной головки и сил предварительной затяжки.

Шатунные болты должны обладать высокой механической прочностью и надежностью. Их изготовляют из стали 35Х, 40Х, 35ХМА, 37ХНЗА. При больших напряжениях затяжки, болты изготовляют из легированной стали (18ХНВА, 20ХНЗА, 40ХН, 40ХНМА), которая обладает более высокими пределами текучести.