Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания, страница 94

На этом этапе с учетом полученных данных на предыдущей стадии выполняется конструкторская и расчетная проработкаосновных узлов и деталей, выдается рабочая документация для изготовления опытного образца двигателя. Следует отметить, что при использовании унифицированных узлов и деталей надобность этапа рабочего проектирования практически сокращается.При необходимости разработкиновых элементов двигателя на нихвыдается техническая документация.

Синтез этих элементов может447быть осуществлен как самим конструктором, так и с помощью ЭВМпо соответствующим конструкторским алгоритмам. Однако второйвариант возможен только в случае,если разрабатывается элемент достаточно простой конфигурации.Основной функцией ЭВМ наэтой стадии проектирования является анализ предложенной конструкции с помощью полноразмерных математических моделей. Именно это с достаточной степенью достоверности доказывает правильность выбора основных конструкторских решений, выбора размеров,допусков, зазоров и т.п.

Современные методы расчета ДВС позволяютс высокой степенью точности предсказать поведение технической системы практически любой сложностипри любых конструкторских и режимных воздействиях на нее. Следовательно, предварительный расчетный анализ вновь разрабатываемого двигателя позволяет резко сократить количество ошибок, неизбежных даже при самой высокойквалификации конструкторского персонала. Это существенно уменьшаетудельный вес экспериментальнодоводочных работ, занимающихбольшую часть разработки ДВС.Результатом этапа рабочего проектирования является рабочая документация на двигатель.Следующий этап – изготовлениеопытного образца и его доводка.Цель этапа – практическая проверка правильности принятых на стадии проектирования конструкторских решений по обеспечению работоспособности ДВС и требуемыххарактеристик.

Две стадии этогоэтапа поддаются автоматизации всущественно различной степени.Первая стадия – изготовлениеопытного образца. Очевидно, чтоэтот этап может быть автоматизирован только в случае широкого внедрения полностью безлюдных производств, при которых вся техническая документация по изготовлениюопытных двигателей на стадии рабочего проектирования будет переводиться на соответствующие алгоритмы для гибких автоматизированныхпроизводств (ГАП). Однако пока этодело будущего, наступление которого зависит лишь в малой степени отразвития отрасли двигателестроения.Цель второй стадии — доводкадвигателя, выявление на основе экспериментальных данных "слабых"мест конструкции и их последующееисправление. На этом же этапе выявляются соответствие характеристик разрабатываемого двигателятребованиям ТЗ и доводка его характеристик до нужного уровня.

Очевидно, данный процесс может бытьвыполнен только итерационнымспособом, т.е. путем последовательного приближения характеристиксистемы к ТЗ, внесением различныхизменений в конструкцию. Такимобразом, на этапе доводки производится последовательный возврат наопределенные иерархические уровни этапов эскизного и рабочего проектирования двигателя. Количествоэтих итераций всецело определяетсястепенью совершенства тех расчетных методов, которые были использованы при анализе конструкции настадии ее разработки. При 100 %ной точности этих методов можнобыло бы ограничиться одной итерацией. Однако любые расчетные математические модели имеют погрешность, следовательно, даже вслучае самого подробного анализаконструкции будут иметь место определенные ошибки.Своеобразной обратной связьюмежду этапами разработки конструкторской документации и доводкидвигателя являются данные экспе448риментального исследования его характеристик.

Получение и обработкаэтих данных могут быть полностьюавтоматизированы путем внедренияавтоматизированных испытательныхстендов. В настоящее время такиестенды применяются на большинстве крупных предприятий. При этомЭВМ используется и как управляющее звено, и как средство сбора, обработки и выдачи информации.С точки зрения организациипроектных работ по применениюавтоматизированных систем различают два подхода. Первый – организация отдельного временногоподразделения, включающего в свойсостав конструкторов, расчетчиков, технологов и испытателей сподчинением специально назначенному руководителю проекта (сквозное проектирование или вертикальная организация).

Второй –выделение работников для выполнения новой разработки в рамкахсвоих отделов с подчинением своему непосредственному начальнику (горизонтальная структура). Обаподхода примерно равноценны, используются достаточно широко иимеют свои положительные и отрицательные стороны.Глава 11АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ11.1. Автомобильныеи тракторные двигателиРазвитие автомобильных и тракторных двигателей, как и двигателестроения в целом, происходит в направлении улучшения экологических характеристик – снижениятоксичности, уровня шума, вибрации, улучшения эксплуатационнойэкономичности по топливу и маслу,расширения ассортимента используемых топлив, повышения моторесурса и надежности, увеличенияудельной и агрегатной мощностей,уменьшения удельной материалоемкости и трудовых затрат на техническое обслуживание при эксплуатации.Анализируя конструкции и тенденции развития автомобильныхдвигателей, следует отдельно рассмотреть двигатели легковых и грузовых автомобилей и тракторов.11.1.1.

Двигатели легковыхавтомобилейВ настоящее время основным типом силовой установки легковогоавтомобиля является двигатель внутреннего сгорания с принудительнымвоспламенением. Суммарный рабочий объем двигателей легковых автомобилей составляет 1–4,5 л; частота вращения коленчатого вала достигает 7000 мин-1; литровая мощность 50–75 кВт/л; удельная масса1–2,5 кг/кВт; удельный расход топлива 235–300 г/(кВт×ч); степень сжатия 9–10,5. Как правило, это четырехтактные двигатели с числом цилиндров i = 3–6 и i = 8 соответственно с рядным или с Vобразным расположением цилиндров.

Классическим двигателем легкового автомобиля является четырехтактный четырехцилиндровый двигатель с рядным вертикальным или наклонным(до 30°) расположением цилиндрови с плоским коленчатым валом.Примером является двигатель четырехтактный, рядный, четырехцилиндровый с рабочим объемом цилиндров 2,3 л Заволжского моторного завода (рис. 11.1).

Двигатель имеет четырехклапанную схему газораспределения с двумя верхними распределительными валами, центральнымрасположением свечи зажиганияи комплексной микропроцессорнойсистемой управления впрыском топлива и зажигания, что обеспечиваетвысокие техникоэкономические показатели. Чугунный блоккартер имеет высокую жесткость.При установке двигателя на автомобиль ось коленчатого вала располагается как вдоль, так и поперекпродольной оси автомобиля.

Наклонное расположение цилиндровприменяют для уменьшения высотыдвигателя и обеспечения свободногодоступа ко всем деталям и вспомогательным агрегатам, требующим периодического технического обслуживания или регулирования. Четырехцилиндровые рядные двигателиимеют хорошую уравновешенностьи равномерность вращения коленчатого вала.Расположение агрегатов двигателя зависит от способа его размещения на автомобиле. Систему газораспределения выполняют как с450Рис. 11.1. Поперечный разрез автомобильного двигателя с принудительным воспламенениемтипа 4 Ч9,2/8,6одним, так и с двумя распределительными валами, как правило,расположенными на головке цилиндров.

Привод валов осуществляется от коленчатого вала в основном зубчатым ремнем из композиционного материала. Тот же ремень используется для привода ряда других агрегатов двигателя. Наряду с ременной применяется ицепная передача. Выпускная система двигателя расположена обычносо стороны, противоположной той,на которой установлены генератори электростартер (для предотвращения их нагрева). Подача топливав цилиндры современных двигателей с принудительным воспламенением осуществляется в большинстве случаев впрыском топлива спомощью системы распределенного многоточечного впрыска (режеприменяют центральный впрыск).Формы камеры сгорания – разнообразные: клиновая, полусферическая, шатровая и др.В настоящее время к легковымавтомобилям предъявляют все болеежесткие требования с точки зренияограничения размеров и массы. Всвязи с этим часто на вновь создаваемых двигателях применяют наддув, в том числе газотурбинный.Двигатели, выполняемые по Vобразной схеме, имеют угол развалаблоков цилиндров 90°, что упрощаетуравновешивание двигателя.