Компоновочные схемы поршневых двс

Лекция 2

Компоновочные схемы поршневых ДВС (ПД).

Введение

Особенность компоновки автотракторного двигатели в основной зависит от размеров места, отведенного для него в машине, и от размещения в ней всех ее агрегатов. На расположение цилиндров влияют положение оси коленчатого вала (поперек или вдоль машины), а также место установки двигателя (спереди, сзади, в се­редине машины под полом или над ним).

В автомобилях и тракторах с механической и гидравлической передачами ось коленчатого вала выгодно располагать на продол­жении оси вала силовой передачи, направленной вдоль машины. При таком расположении осей валов двигателя и трансмиссии для передачи движения на ведущую ось требуется меньшее число _: зубчатых пар. В случае электрической передачи, которая получила распространение в автобусах, по условиям максимально возмож­ного использования площади кузова для размещения сидений, двигатель целесообразно располагать сзади поперек машины. Зад­нее расположение двигателя применяется и при механической передаче в микролитражных автомобилях, что позволяет увеличить комфортабельность автомобиля с малой базой.

В последние годы получают распространение роторно-поршневые бензиновые двигатели. Их основ­ными преимуществами по сравнению с обычными поршневыми двигателями являются меньшие габаритные размеры и масса, простота конструкции, малое число деталей, возможность высокой частоты вращения вследствие полной уравно­вешенности при экономичности, лишь немного уступающей четырехтактным двигателям. По другим показателям они приближа­ются к простейшим двухтактным двигателям с петлевой схемой газообмена, значительно превосходя их по экономичности и урав­новешенности.

1. Общие требования, предъявляемые к ПД при выборе компоновки.

2. Рядные, V-образные, W-образные, X-образные, звездообразные компоновочные схемы: краткая характеристика, преимущества, недостатки, применение.

3. Особенности компоновки автотракторных поршневых двигателей (ПД).

Рекомендуемые материалы

1.Общие требования, предъявляемые к ПД при выборе компоновки.

Двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение в самых разнообразных отраслях народного хозяйства. Вырабатываемая ими энергия составляет более 80% энергии, вырабатываемой всеми тепловыми двигателями в мире. Разнообразие областей применения двигателей внутреннего сго­рания и соответственно требований, предъявляемых к их кон­структивному выполнению, обусловливает серьезные трудности построения классификационной схемы двигателей по конструктивным признакам.

Анализ показывает, что наиболее общими требованиями, относящимися к двигателям любого назна­чения, являются возможная простота конструкции, компактность и наименьшая масса. Простота конструкции определяется необходимостью, с одной стороны, облегчения производства и эксплуатации, а с другой — повышения надежности и долговечности работы машины. Однако сочетание простоты конструкции с высокой производительностью и экономичностью обычно трудно осуществимо. Габаритные размеры двигателя и его масса зависят от общей компоновки двигателя, конструктивных форм и размеров остова и взаимного расположения основных узлов и вспомогательных агрегатов. Поэтому целесообразно в качестве основы для класси­фикации выбрать, прежде всего геометрические признаки и, в част­ности, расположение в пространстве геометрических осей глав­нейших деталей. Как правило, современные двигатели внутреннего сгорания имеют механизмы для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала

Другим основным фактором, определяющим конфигурацию дви­гателя, служит расположение и число рабочих цилиндров.

В двигателях, имеющих кривошипно-шатунный меха­низм, оси цилиндров располагают перпендикулярно оси колен­чатого вала, причем в большей части конструкций оси цилиндров пересекают ось коленчатого вала.

2. Рядные, V-образные, W-образные, X-образные, звездообразные компоновочные системы: краткая характеристика, преимущества, недостатки, применение

Значительную часть двигателей, находящихся в эксплуатации, составляют однорядные двигатели с вертикальным расположением цилиндров (рис. 6). Эти двигатели характеризуются простотой конструкции, сравнительно высокой технологичностью изготов­ления, благоприятными условиями работы поршневой группы по сравнению с двигателями других типов, меньшими неплотностями между корпусом поршня и цилиндром, меньшей работой трения и более равномерным износом поршня. Они отличаются удобством монтажа и обслуживания. Указанные преимущества, а также

большой опыт построения и эксплуатации двигателей с верти­кальным расположением цилиндров предопределяют широкое применение подобных двигателей и дальнейшем.

Рис. 6. Схема двигав- Рис. 7. Схема двигателя с V-об-

теля с однорядным разным расположением цилин-

(вертикальным) рас- дров.

положением цилинд­ров.

В транспортных установках наряду с вертикальными конструк­циями получили большое распространение V-образные двигатели (рис. 7). Основное преимущество этих двигателей перед одноряд­ными — меньшие габаритные размеры и в первую очередь малая

Рис. 8. Схема двигателя с W-образ Рис. 9. Схема двигателя с Х-об-

ным расположением цилиндров. разным расположением цилиндров.

длина, вследствие чего повышается жесткость таких ответствен­ных деталей, как картер (блок-картер), головка цилиндров и ко­лончатый пал. Наиболее часто применяемый угол между осями Цилиндром 45— 90°; он определяется назначением двигателя, требованиями к габаритным размерам и чередованию вспышек в ци­линдрах, расположенных в одном ряду. Там, где основным тре­бованием является уменьшение габаритных размеров в первую очередь по высоте, этот угол может быть и больше.

Аналогичные преимущества имеют W-образные двигатели (рис.8), однако большого распространения они не получили

Рис.10. Схема двигателя с горизонталь­ными противолежащими цилиндрами.

главным образом вслед­ствие сложности и на­пряженности конструкции шатунов подшипников и других узлов и деталей. Только в последнее время конструкторы вновь об­ращаются к этой схеме. В некоторых случаях осуществляется схема с Х-образным расположением цилиндров (рис.9), позволяющая получить кон­струкцию двигателя с малыми габаритными размерами. Детали кривошипно-шатунного механизма, детали корпуса и распреде­лительного механизма получаются в этом случае весьма слож­ными. Углы менаду осями цилиндров могут быть или разными', как показано на рис. 9, на­пример 60 и 120°, или одина­ковыми. Двигатель в некото­рых случаях устанавливают так, что коленчатый вал рас­полагается вертикально (ка­терные и другие двигатели). В последнее время более широко в установках различного назначения начали применять двигатели с гори­зонтальными противолежа­щими цилиндрами (рис. 10). Для машин наземного тран­спорта малая высота двига­теля данного типа и удобство расположения его в машине являются в некоторых слу­чаях несомненным преиму­ществом по сравнению с двигателями, имеющими вертикальное и V-образное расположение цилиндров. Следует учитывать так­же, что подобные двигатели лучше уравновешены, чем V-образные, но, как правило, их остов обладает меньшей жесткостью. В звездообразных двигателях (рис. 11) более просто осуществить воздушное охлаждение, чем в двигателях с рядным расположением цилиндров; цилиндры и головки не стеснены близостью смежных цилиндров. Однако, как правило, шатуны и коленчатые валы звездообразных двигателей получаются весьма напряженными и сложными. Последнее в еще большей степени относится к много­рядным звездообразным двигателям (рис. 12), которые в большей степени удовлетворяют тре­бованию малых габаритных размеров и массы при боль­шей мощности, чем другие одновальные двигатели

Рис. 11. Схема двигателя с звездообраз­ным расположением цилиндров

Рис. 12. Схема двигателя с располо­жением блоков в виде многорядной звезды

3. Особенности компоновки автотракторных поршневых двигателей (ПД).

Особенность компоновки автотракторного двигатели в основной зависит от размеров места, отведенного для него в машине, и от размещения в ней всех ее агрегатов. На расположение цилиндров влияют положение оси коленчатого вала (поперек или вдоль машины), а также место установки двигателя (спереди, сзади, в се­редине машины под полом или над ним).

В автомобилях и тракторах с механической и гидравлической передачами ось коленчатого вала выгодно располагать на продол­жении оси вала силовой передачи, направленной вдоль машины. При таком расположении осей валов двигателя и трансмиссии для передачи движения на ведущую ось требуется меньшее число _: зубчатых пар. В случае электрической передачи, которая получила распространение в автобусах, по условиям максимально возмож­ного использования площади кузова для размещения сидений, двигатель целесообразно располагать сзади поперек машины. Зад­нее расположение двигателя применяется и при механической передаче в микролитражных автомобилях, что позволяет увеличить комфортабельность автомобиля с малой базой.

Зная размеры цилиндра, степень сжатия двигателя и макси­мальное давление в цилиндре, следует определить размеры шеек коленчатого вала и поперечного сечения шатуна при данном его профиле и допускаемых напряжениях. После этого можно вычис­лить длину шатуна, используя компоновку поперечного разреза двигателя. Если в проектируемом двигателе отношение (), то длину шатуна следует определять из условия, чтобы он не за­девал за нижний обрез стенки цилиндра при опасном положении кривошипа, когда стержень шатуна находится на самом близком расстоянии от нее. Для этого положения шатуна зазор между его стержнем и стенкой цилиндра должен составлять примерно 0,05D. При длинных юбках поршней следует иметь в виду возможность задевания шатуна за край юбки.

Для короткоходного двигателя (S/D <1) длина шатуна должна быть такой, чтобы поршень при положении его в н. м. т. не заде­вал за тыльную часть колена или за противовесы, если они име­ются на щеках вала. После определения длины шатуна находят отношение λ =R/L.

При компоновке поперечного разреза двигателя определяют длину шатуна, высоту цилиндра и головки блока, расстояние от нижнего обреза цилиндра до оси коленчатого вала, а также раз­меры картера и высоту двигателя от нижней точки кратера до верх­него обреза цилиндра. Дальнейшая компоновка поперечного раз­реза четырехтактного двигателя зависит от расположения клапа­нов и их привода.

Компоновка продольного разреза двигателя заключается прежде всего в определении расстояния между осями цилиндров при выбранном виде охлаждения, данном размещении клапанов в головке цилиндров и принятых размерах шеек и щек вала.

Расположение агрегатов двигателя зависит от размещения двигателя на машине. Так, при переднем расположении двигателя радиатор системы жидкостного охлаждения целесообразно уста­навливать перед двигателем (что позволяет использовать скорость набегающего потока воздуха и уменьшать мощность, затрачивае­мую на привод вентилятора), а вентилятор — непосредственно у радиатора, т. е. в передней части двигателя. Водяной насос в этом случае наиболее целесообразно размещать соосно с валом вентилятора между двигателем и вентилятором. При ременном приводе практически однозначно решается вопрос о расположении генератора (сбоку блока, в передней его части, с использованием шкива в качестве натяжного устройства). Другой ручей шкива коленчатого вала или вентилятора удобно использовать для при­вода компрессора тормозной системы транспортной установки, поэтому его также устанавливают в передней верхней части двигателя. Поскольку под вентилятором и насосом остается свободное место, его, как правило, используют для размещения привода распределительного вала и масляного насоса. При этом выпуск­ную систему двигателя располагают обычно со стороны, противо­положной стороне, на которой установлены генератор и электро­стартер, чтобы избежать их нагрева.

При горизонтальном расположении цилиндров двигателя, уста­навливаемого под кабиной или полом, устройства, требующие технического ухода (свечи зажигания, форсунки, насосы, фильтры, распределители), следует размещать сверху, чтобы их можно было обслуживать при поднятой кабине или через люки в полу, а внизу располагать агрегаты, обслуживаемые редко (генераторы, электро­стартеры, фильтры); подвод воздуха к фильтру должен осуществ­ляться сверху. Аналогичные тенденции можно проследить и при компоновке двигателей, располагаемых на автомобиле сзади. Ха­рактерным в этом случае являются компоновка двигателя вместе с коробкой передач, сцеплением и дифференциалом, а также уста­новка воздухозаборников с боков кузова автомобиля в верхней части и обеспечение малых сопротивлений во впускной системе путем соответствующего расположения фильтров, вентиляторов системы охлаждения, воздуховодов.

В последние годы получают распространение роторно-поршневые бензиновые двигатели, которые устанавливают на автомоби­лях, мотоциклах, лодках (подвесные двигатели) и т. п. Их основ­ными преимуществами по сравнению с обычными поршневыми двигателями являются меньшие габаритные размеры и масса, простота конструкции, малое число деталей, возможность осу­ществления высокой частоты вращения вследствие полной уравно­вешенности при экономичности, лишь немного уступающей четырехтактным двигателям. По другим показателям они приближа­ются к простейшим двухтактным двигателям с петлевой схемой газообмена, значительно превосходя их по экономичности и урав­новешенности.

К недостаткам роторно-поршневых двигателей следует отнести сложность уплотнений (большая длина уплотняемых стыков и сложная форма уплотняемых поверхностей).

Контрольные вопросы:

1. Каковы основные требования, предъявляемые к ПД при выборе компоновки?

"9 Приводные устройства машин непрерывного транспорта" - тут тоже много полезного для Вас.

2. Каковы основные компоновочные схемы ПД?

3. В чем преимущества и недостатки V-образной компоновочной схемы?

4. В чем преимущества и недостатки компоновочной схемы с рядным расположением цилиндров?

5. Каковы основные факторы определяющие компоновку автотракторных ПД?

6. Каковы основные преимущества и недостатки РПД?

7. В чем преимущества компоновки с горизонтальным расположением цилиндров?