Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Головки устанавливались на цилиндры на плотной резьбе. Схемаприменялась на ряде авиационныхдвигателей воздушного охлаждения.При наличии вставных мокрыхгильз (втулок) цилиндров действиюсил давления газов подвергаютсятолько наружные стенки блока цилиндров (рис. 9.2). Эта схема нашлаприменение во многих автомобильных и тракторных дизелях.Как и в схеме несущего блока цилиндров, головка крепится к блокуцилиндров шпильками или болтами, вворачиваемыми в верхнюючасть блока цилиндров.Рис. 9.2. Схема с несущей наружной стенкойблока цилиндровСхема несущих шпилек.
С увеличением диаметра цилиндра и ростомфорсирования по среднему эффективному давлению и максимальномудавлению цикла для разгрузки стенок блока цилиндров растягивающие усилия от давления газов воспринимаются длинными силовымишпильками, ввернутыми в верхнюючасть картера (рис.
9.3). Данная схеРис. 9.3. Схема длинных несущих шпилек:1 – головка; 2 – прокладка; 3 – блок цилиндров; 4 – бурт гильзы цилиндров; 5 – поддон; 6 – шпилька коренной опоры; 7 – подвеска; 8 – стяжной болт; 9 – картер; 10 –шпилька головки цилиндров344ма традиционно применялась в форсированных двигателях специального назначения, а затем стала использоваться и в форсированных среднеоборотных дизелях, включая тепловозные. При этом в отличие от известного отечественного двигателя12 ЧН15/18(В2) блок цилиндров выполняют как одно целое с картером.Эта же схема применяется и во многих двигателях воздушного охлаждения, а также в двигателях с моноблоком, когда блок и головка цилиндров выполнены в виде одной детали.Схема несущих анкеров.
В крейцкопфных двигателях при большихдиаметрах цилиндров и, как правило, при наличии фундаментной рамы силы давления газов воспринимаются длинными анкерными связями, стягивающими элементыкорпуса двигателя (рис. 9.4). В этомслучае блок цилиндров, картер(картерная коробка) и часто фундаментная рама нагружены в первуюочередь сжимающими монтажными усилиями. Силовая схема считаРис. 9.4. Схема с несущими анкерными связями:1 – фундаментная рама; 2 – картер; 3 – блокцилиндров; 4 – анкерная связьется рациональной, если действующие усилия замыкаются на элементах, работающих главным образомна сжатие и растяжение.9.1.2. Блоккартеры и подвескиколенчатого вала автомобильныхи тракторных двигателейВ современных автомобильныхи тракторных двигателях жидкостного охлаждения цилиндры (рубашки цилиндров) выполненылитыми совместно с картером ввиде блоккартера. К преимуществам блоккартерной конструкции корпуса относятся: прочность, жесткость, компактность,минимальное количество уплотняемых стыков.
К недостаткамможно отнести сложность отливки блоккартера, возможность появления заметных остаточных деформаций (требуется отжиг отливок), необходимость замены всегодорогостоящего блоккартера припоявлении трещин в верхней плите или в боковой стенке (рубашкецилиндров) одного из цилиндров.Масса блоккартера в чугунномисполнении составляет 23–37 %массы рядного двигателя с принудительным воспламенением и 22–26 % массы Vобразного дизеля.Изготовление блоккартера с помощью литья под давлением изалюминиевых сплавов позволяет до60 % снизить массу блоккартера.Компоновка двигателя применительно к выбранной схеме расположения цилиндров во многом связанас компоновкой блоккартера. Сутькомпоновки заключается в определении геометрических размеровконструкции на основании опытапредыдущих моделей и предварительных расчетноэкспериментальных проработок, в том числе с применением современных методов инженерного анализа (в первую оче345Рис.
9.5. Продольная (а) и поперечная (б) компоновки блоккартераредь, МКЭ). Накопленный опыт выражается в виде эмпирических соотношений, устанавливающих размеры элементов корпуса в зависимостиот диаметра цилиндра двигателя.На рис. 9.5 представлена схемакомпоновки блоккартера рядногоавтомобильного двигателя.
Определяющим размером блоккартера,влияющим на массогабаритные,прочностные и ряд других показателей двигателя в целом, является расстояние между осями соседних цилиндров L0 – межцилиндровое расстояние (рис. 9.5, а). При наличиимежду цилиндрами охлаждающейполости шириной dохл L0 = D + 2dст ++ dохл (здесь dст – толщина стенкицилиндра). Для уменьшения длиныблоккартера часто отказываются отохлаждающей полости между цилиндрами. В этом случае L0 = D + dсти достигается наименьшее отношение L0/D, доходящее до 1,10–1,15.
Всреднем L0/D составляет в рядныхавтомобильных двигателях с принудительным воспламенением 1,20–1,24 и 1,25–1,35 в рядных дизелях.В Vобразных двигателях L0/Dвыше, что связано с установкой нашатунных шейках коленчатого валадвух рядом расположенных шатунов. В этом случае уменьшениеL0/D достигается сокращением длины шатунного подшипника, а такжеприменением роликовых подшипников.
В среднем L0/D составляет1,30–1,35 для Vобразного автомобильного двигателя с принудительным воспламенением и 1,47–1,55для Vобразных дизелей. В двигателях с воздушным охлаждением L0больше на 15–20 % по сравнению сдвигателями жидкостного охлаждения. Б\льшие значения L0/D характерны для тракторных двигателей.На рис. 9.5, б представленасхема поперечной компоновкиблоккартера рядного автомобильного двигателя.
После нанесения осей цилиндра, коленчатого вала, а также распределительного вала при его нижнем расположении и валов других механизмов и агрегатов наносится контурблоккартера с учетом требованияпроворачиваемости кривошипношатунного механизма при установленных на коленчатом валупротивовесах. При нижнем поло346Рис. 9.6. Блоккартеры Vобразных дизелей:а – тракторного; б – автомобильногожении распределительного валаследует поднять его относительноколенчатого вала как можно выше для уменьшения массы элементов механизма газораспределения. На поперечной компоновке предусматривается идущийвдоль картера сверленый канал –главная масляная магистраль, куда поступает очищенное в фильтре смазочное масло и откуда онопо дополнительным каналам подается к коренным опорам коленчатого вала, опорам распределительного вала и далее к другимместам смазки.
Диаметр каналаглавной магистрали составляет12–14 мм, а диаметр отводныхканалов 6–8 мм.Высота блоккартера ориентировочно составляет Нбк = L + R ++ Н3 + hк - d1 (где hк – расстояние от оси коленчатого вала донижней плоскости картера –плоскости разъема картера и поддона; d1 – величина выхода головки поршня при положении вВМТ из цилиндра, часто d1 = 0).Протяженность зеркала цилиндраLц = Нп + S - (d1 + d2), где d2 –выход юбки поршня при положении в НМТ из цилиндра; ориентировочно d2 = 5–15 мм.Ширина нижней части блоккартера Вк больше ширины верхнейчасти (блока цилиндров) В. Ширина зависит от принятой схемы привода клапанов, включая расположение распределительного вала, наличия приливов под насос охлаждающей жидкости и другие устройства.На рис.
9.6 (а, б) представленыблоккартеры Vобразных автомобильного и тракторного дизелей. Вконструкции корпуса двигателя особое внимание уделяется жесткостиверхней части блока цилиндров инижней зоны картера, где размещаются подшипники коленчатого вала.Под жесткостью понимается способность конструкции сопротивлятьсядействию нагрузок с деформациями,не нарушающими работоспособность системы (двигателя).
Дляуменьшения деформаций гильзы цилиндра (при вставной мокрой гильзе) должна быть обеспечена высокаяжесткость верхней плиты блока цилиндров, которая не должна заметнодеформироваться под действием347монтажной и газовой нагрузок. Волнообразное деформирование опорного пояса верхнего бурта гильзыпод действием дискретных усилийзатяжки шпилек приводит к соответствующей деформации гильзы с нарушением ее цилиндрической формы. Толщина верхней плиты блокацилиндров достигает 20 мм, толщина боковых стенок блоккартера вчугунном исполнении составляет 4–7 мм и зависит от размеров двигателя и уровня технологии литейногопроизводства.
Конструкции из алюминиевых сплавов имеют толщинуна 1–2 мм больше по сравнению счугунными.Блок цилиндров включает полость охлаждения, окружающуюцилиндры (гильзы цилиндров).Протяженность полости охлаждения (рубашки) вдоль оси цилиндра выбирается, исходя изобеспечения желаемых температурных полей поршня и самогоцилиндра.
При этом желательнополучить по возможности небольшой перепад температур подлине цилиндра (гильзы цилиндра), что позволит сохранить правильную форму цилиндра и улучшить условия работы поршневойгруппы. Верхняя часть блока цилиндров должна интенсивно охлаждаться, и при положениипоршня в ВМТ первое поршневоекольцо должно находиться в пределах полости охлаждения цилиндра. Наибольшее снижениетемпературы головки поршня изоны первого поршневого кольцабудет при расположении его вНМТ в пределах полости охлаждения цилиндра.
Однако температура нижней части цилиндраможет оказаться излишне низкой. В этом случае протяженность охлаждающей полости целесообразно уменьшить. С помощью математического моделирования возможно найти оптимальное решение. Чем меньше диаметр цилиндра D, тем короче может быть выполнена рубашка охлаждения с целью получения более равномерного распределениятемпературы по длине цилиндра.Ширина полости охлаждения недолжна быть слишком малой[ориентировочно dохл = (0,10–0,15)D] во избежание ухудшенияусловий охлаждения.Нижняя часть блоккартера(собственно корпуса) должна бытьвесьма жесткой, обеспечивая минимальные смещения коренныхопор коленчатого вала под действием вертикальной и горизонтальной составляющих газовой и инерционной нагрузок.
Повышениежесткости блоккартера достигается оребрением перегородок, расположенных в плоскостях коренных подшипников, размещениемукрепляющих ребер, связывающихполукольцевые приливы гнезд коренных подшипников, приливыпод установку резьбовых элементов с боковыми стенками блоккартера, понижением нижнейплоскости блоккартера относительно линии осей коренных опорколенчатого вала. В этом случаесилы и моменты воспринимаютсяб\льшим объемом материала конструкции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
