147311 (Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания), страница 7

Полная производительность секции ТНВД с учетом перепуска топлива, перегрузки двигателя и обеспечения надежного пуска при низких температурах:

Принимаем

Определяем диаметр плунжера из соотношения:

, (стр. 357 [2])

где S_пл/d_пл – изменяется в пределах 1,0...1,7. (принимаем 1,1)

Найденное значение приводим в соответствие с ГОСТ 10578-74, и принимаем d_пл = 7 мм

Определяем ход плунжера (полный):

, (стр. 357 [2])

По ГОСТ 10578-74 принимаем S_пл = 8 мм

При выбранном диаметре плунжера его активный ход:

, (стр. 357 [2])

где f_пл – площадь сечения плунжера.

Определяем среднюю скорость плунжера ТНВД:

где φ_а – продолжительность впрыска топлива (при объемном смесеобразовании φ_а = 10...20 º ПКВ), φ₂ = 15 º ПКВ;

n_к – частота вращения кулачкового вала ТНВД (n_к = 850 мин^-1)

6.2. Расчет форсунки

По результатам теплового расчета дизеля и топливного насоса высокого давления определяем диаметр сопловых отверстий форсунки.

Исходные данные:

• действительное давление в конце сжатия: Р''_с = 5,06 МПа;

• давление конуса сгорания: Р_z = 6,57 МПа;

• частота вращения двигателя: n = 1700 мин^-1

• цикловая подача топлива: V_ц = 63,6 мм³/цикл

• плотность дизельного топлива: P_т = 842 кг/м³

Продолжительность подачи топлива в градусах поворота коленчатого вала ∆φ = 15 º.

Время истечения топлива:

Среднее давление газов в цилиндре в период впрыска:

Среднее давление распыливания принимаем Р_ф = 40 МПа.

Средняя скорость истечения топлива через сопловые отверстия:

, (360. [2])

Коэффициент расхода топлива принимаем μ = 0,72.

Суммарная площадь сопловых отверстий:

Число сопловых отверстий принимаем равным m = 4.

Диаметр соплового отверстия:

7. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СМАЗЫВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Система смазывания автотракторных двигателей предназначена для уменьшения потерь на трение между поверхностями деталей (создания несущего масляного слоя на поверхностях сопрягаемых деталей, для предотвращения коррозии, охлаждения этих поверхностей и удаления с них продуктов износа. В зависимости от типа двигателя и конструкции применяют систему смазывание разбрызгиванием, под давлением и комбинированную. В большинстве современных двигателей применяется система смазывания под давлением и разбрызгиванием, т.е. комбинированная.

Для увеличения срока службы масла на всех двигателях устанавливаются устройства для его очистки. В двигателях с напряженным режимом работы устанавливаются радиаторы охлаждения масла. Кроме упомянутых узлов, система смазывания включает в себя масляный насос, редукционный, перепускной и другие клапаны, устройства для контроля давления и уровня масла в системе.

В двигателе применена комбинированная система смазывания.

Подшипники коленчатого и распределительного валов, втулки промежуточной шестерни и шестерни привода топливного насоса, а также механизм привода клапанов смазывается под давлением от шестеренчатого насоса 1. Гильзы, поршни, поршневые пальцы и кулачки распределительного вала смазываются разбрызгиванием.

Очистка масла осуществляется в центрифуге 3.

Шестеренчатый насос подает масло по патрубку и каналам блока в центробежный фильтр 3. Из центрального фильтра очищенное масло поступает в радиатор 2 для охлаждения. Их радиатора охлажденное масло поступает в магистраль дизеля. При пуске дизеля холодное масло вследствие большого сопротивления радиатора через редукционный (Радиаторный) клапан 6 поступает непосредственно в магистраль двигателя, минуя радиатор. Предохранительный клапан (клапан центробежного маслоочистителя) 7 отрегулирован на давление 0, 65...0, 7 МПа (6,5...7,0 кгс/см²) и служит для поддержания указанного давления перед ротором центрифуги. При повышении давления масла на входе в ротор выше 0,7 МПа. часть неочищенного масла сливается через клапан в картер дизеля. Сливной клапан 8 отрегулирован на давление 0,2...0,3 МПа (2,0...3,0 кгс/см²) и служит для поддержания необходимого давления масла в главной магистрали дизеля. Избыточное масло сливается через клапан в картер дизеля.

Очищенное и охлажденное масло поступает их главной магистрали дизеля по каналам в блоке цилиндров ко всем внутренним подшипникам коленчатого вала и втулкам распределительного вала. От коренных подшипников масло по каналам в коленчатом валу поступает к втулкам промежуточной шестерни и шестерни привода топливного насоса, а так же к топливному насосу и регулятору. Детали клапанного механизма смазываются маслом, поступающим от задней шейки распределительного вала по каналам в блоке и головке цилиндров и специальной трубке во внутреннюю полость оси коромысел 4.

7.1. Расчет масляного насоса

Расчет масляного расчета заключается в определении его необходимой подачи и размеров шестерен этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла. Вопрос о расходе масла рассматривается на основании теплового баланса двигателя.

В современных двигателях теплоотдача в масло Q_м на номинальном режиме работы составляет 1,5...3 % от Q₀ – теплоты сгорания топлива в цилиндрах двигателя, если поршни не охлаждаются маслом:

где ,

где Н_н – удельная низшая теплота сгорания топлива (для диз. топлива Н_н = 42500 кДж/кг);

G_т – часовой расход топлива (на основании теплового расчета G_т = 10,9 кг/час).

Определяем циркуляционный расход масла:

, (6.27 [1])

где ρ_м – плотность масла (ρ_м = 0,91 т/м³)

С_м – удельная теплоемкость масла (С_м = 1,88...2,09 кДж/к ºС)

_∆t_м – степень подогрева масла (_∆t_м = 10 – 15 ºС)

Определяем действительную подачу насоса:

Повышенная подача необходима для создания требуемого давления масла в магистрали при работе двигателя на всех режимах и при любой температуре масла. Такая подача обеспечивает нормальное давление в системе при увеличении зазоров в сопряжениях по мере изнашивания деталей двигателя:

Определяем теоретическую подачу насоса:

, (6.29 [1])

где η_н – механический КПД насоса (0,6...0,8).

Принимаем допустимую окружную скорость шестерни на внешнем диаметре υ₂ = 6 м/с, т.к. υ₂ < 8...10 м/с. выбираем частоту вращения вала насоса n_н (мин^-1) с учетом того, что отношение частот вращения коленчатого вала и ведущей шестерни насоса для дизеля лежит в пределах 0,7 – 1.

Определяем наружный диаметр шестерен насоса:

, (6.30 [1])

Задаем стандартный модуль зацепления:

m = 4,5 мм, (m = 3,5...5 мм), число зубьев Z = 9, (Z = 7...12). Уточняем D_ш.

Определяем требуемую длину (мм) зубьев:

, (6.32 [1])

Мощность (кВт), затрачиваемая на привод насоса:

, (6.33 [1])

где η_нм – механический КПД насоса (0,85...0,9)

Р_н – давление, развиваемое насосом (Р_н = 0,7 Мпа – см. описание системы смазывания).

Вместимость системы смазывания:

7.2. Расчет центрифуги

Центрифуга представляет собой центробежный фильтр тонкой очистки масла от механических примесей. Качественная очистка масла возможна лишь в случае, если привод центрифуги будет обеспечивать:

а) высокие угловые скорости ротора (5000...7000 мин^-1)

б) частоту вращения ротора, не зависящую от скоростного режима двигателя.

в) простоту конструкции, длительный срок службы.

Центрифуга – полнопоточная, привод гидрореактивный двухсопловый.

Частота вращения ротора центрифуги:

, (6.36 [1])

где V_цр – расход масла ч/з сопла центрифуги;

V_цр = 0,2V_ц = 0,2·0,214 = 0,0428 м/с

R – расстояние от оси сопла до оси вращения ротора (R = 20 мм);

ε = 1 – коэффициент сжатия струи в отверстии сопла.

Вместимость ротора 0,8 л соответствует а = 0,8 Нмм,

b = 0,52·10^-2 Нмм/мин^-1

Диаметр сопла d_с = 1,5 мм

Площадь сечения отверстия сопла:

Для расчета давления масла на входе в центрифугу выбираем коэффициент расхода μ = 0,84 и коэффициент гидравлических потерь Ψ =0,3.

7.3. Расчет радиатора

Расчет масляного радиатора заключается в определении площади его охлаждающей поверхности.

Q'_м – количество теплоты, отдаваемой радиатором должно составлять 50...75 % теплоты Q_м, отводимой маслом от двигателя. Циркуляционный расход масла через радиатор: V_рад = V_ц = 0,214 л/с.

Температура масла на выходе из радиатора, t_{рад.вых} = 80 ºС.

Средняя температура масла:

Средняя температура охладителя:

,

где _∆t_охл – температура охладителя на входе в радиатор, для вохдушно-масляных радиаторов (3...5 ºС);

t_охл.вх – температура охладителя на входе в радиатор, для воздуха (40 ºС).

Площадь (м²) поверхности радиатора, омываемой охлаждающим телом: