Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Выполнить всетребования часто довольно сложно, так как многие из них взаимнопротивоположны. Например, дляулучшения наполнения стремятсяувеличить диаметр отверстия подвпускной клапан, что при прочихравных условиях ведет к уменьшению ширины межклапанной перемычки, повышает температурныенапряжения в ней и затрудняет получение равной прочности в элементах днища головки. Дополнительное увеличение температурныхнапряжений в межклапанной перемычке возможно в результате ухудшения охлаждения, обусловленногоуменьшением сечения канала дляпрохода охлаждающей жидкостимежду стенками соседних газовоздушных каналов.При конструировании отступление от принципа симметрии такжеможет привести к перенапряжениюконструкции особенно при наличиивысоких температурных градиентов.Так, асимметричное (в частности,наклонное) расположение форсунки при возможной целесообразности с точки зрения технического обслуживания снижает прочностьднища в результате ухудшения условий охлаждения, асимметрии полейтемператур и напряжений.Повышение жесткости вследствие увеличения толщины днища головки, целесообразное с точки зрения сохранения формы отверстийпод клапаны при высоком давлениисгорания и снижения напряженийот затяжки крепежных шпилек,приводит к возникновению повышенных температурных напряжений в днище.
Это объясняется увеличением перепадов температур между его отдельными участками.Крышки цилиндров являются одними из наиболее теплонапряженных деталей двигателя, особенно дизелей. Тепловой поток в крышку цилиндра превосходит тепловой потокв поршень. Наиболее частыми дефектами в эксплуатации являютсятрещины в межклапанных перемычках огневого днища, где особенновысоки температурные напряженияи абсолютные значения температуры, уменьшающие прочностныесвойства материалов. Повышениенадежности работы крышек цилиндров связано, в первую очередь, соснижением температуры и перепадов температур в днище, являющемся наиболее нагруженным элементом крышки.
Эффективным способом снижения тепловой напряженности крышек является интенсификация охлаждения наиболее нагретых зон межклапанных перемычек изоны расположения форсунки.В большинстве прежних конструкций движение жидкости в полости охлаждения крышки былонеорганизованным, что приводило389к неудовлетворительному распределению скоростей жидкости наохлаждаемой поверхности и обусловливало низкую теплоотдачу.С ростом форсирования применительно к двигателям разных типов были найдены различные путиулучшенияохлажденияднищакрышки. Так, в крышках цилиндров среднеоборотных дизелей с помощью введения промежуточногоднища достигается организованноедвижение охлаждающей жидкости вобласти огневого днища, что повышает теплоотдачу и уменьшает температуры зоны межклапанных перемычек и отверстия под форсунку.Иллюстрацией может служитьнижняя часть крышки цилиндровтепловозного двигателя ЧН26/26(рис.
9.43), отлитой из высокопрочного чугуна. Однако получающиесяв подобных конструкциях охлаждающие полости имеют большиепроходные сечения, связанные стехнологией литья, что способствует образованию накипи и последующему значительному снижению теплоотвода в охлаждающуюжидкость. При малом диаметре цилиндра получение рациональныхформ и размеров каналов полостиохлаждения крышки (головки) затруднено по технологическим причинам (разрушение тонких элементов стержней, заливы промежутковмежду стенками и др.).Для чугунных головок температура центральной зоны головки может быть снижена при использовании конструкции, аналогичной нарис.
9.44. В отличие от обычныхконструкций с одним вставным стаканом 3 (см. рис. 9.44) под форсунку,выполненным из материала с высокой теплопроводностью, в этом случае дополнительно предусмотренаРис. 9.44. Интенсификация теплоотвода от центральной зоны днища головки:1 – головка цилиндра; 2 – прокладка; 3 –стакан форсунки; 4 – втулкаРис. 9.43. Крышка цилиндров тепловозного двигателя ЧН26/26 из высокопрочного чугуна390Рис. 9.45. Схемы интенсификации охлаждения центральной зоны днища головок:а – от центра к периферии с подачей охлаждающей жидкости (ОЖ) через пистолеты (П); б –от периферии к центру с отводом ОЖ над межклапанными перемычкамицилиндрическая втулка 4, изготовленная также из высокотеплопроводного материала, усиливающая отводтеплоты от центральной зоны днища.Для уменьшения температурыцентральной зоны и в первую очередь межклапанных перемычек быстроходных двигателей интенсифицируют охлаждение, организуя направленное движение охлаждающейжидкости (ОЖ) на нагретые элементы головки.
При этом движениеохлаждающей жидкости возможнокак от центра к периферии, так инаоборот (рис. 9.45, а, б). В первомслучае с помощью специальныхпистолетов (П) охлаждающая жидкость со скоростью 3–6 м/с направляется на охлаждаемый участок поверхности. Эффект охлаждения возрастает с увеличением угла паденияпотока на поверхность.Придостаточнойжесткостикрышки и приемлемом уровне на391Рис. 9.46. Крышка цилиндров малооборотного двигателя с охлаждающими каналами:1 – поршень; 2 – втулка; 3 – крышка; 4 – форсунка; 5 – шпилькапряжений от механических нагрузокпредпочтение следует отдавать тонкостенным конструкциям.
Уменьшение толщины днища крышек цилиндров форсированных дизелейтипа ЧН26/26, в том числе в наиболее нагретых местах днища, позволило существенно увеличить работоспособность крышек.Существенное снижение температур в наиболее нагретых элементахднища достигается применением дляпротока охлаждающей жидкости каналов, обработанных резанием. Впервую очередь каналы с механической обработкой используются в теплонапряженных деталях крупных судовых малооборотных двигателей(рис. 9.46), детали которых характеризуются повышенной тепловой напряженностью. Однако и при умеренных диаметрах цилиндра описанный способ охлаждения с помощьюсверленых каналов весьма эффективен. Так, в результате применениядля охлаждения межклапанной перемычки двигателя типа ЧН25/30 сверленых каналов температура уменьшалась с 350 до 200 °С.Следует стремиться к равномерному распределению материала вкрышках, избегая резких переходовв толщине сопрягаемых элементов.В этом случае при изготовлении отливки обеспечивается равномерноеостывание крышки и соответственно снижение остаточных литейныхнапряжений.3929.6.1.
Анализ конструкции головок(крышек) цилиндров. Материалыголовок (крышек) цилиндровНесмотря на то, что некоторыепринципиальные вопросы, связанные с охлаждением, схемойвзаимного расположения основных элементов крышки, выборомматериала и способа ее изготовления, имеют много общего применительно к крышкам цилиндровразличных двигателей, тип двигателя придает конструкции крышки (головки) цилиндра существенные особенности.Конструкция головок цилиндровдвигателей с принудительным воспламенением во многом определяется формой камеры сгорания исхемой расположения клапанов.Головку и камеру сгорания следует проектировать так, чтобы впервую очередь воспламениласьнаиболее нагретая часть смеси, находящаяся, как правило, около выпускного клапана. Для этого свечузажигания несколько смещают всторону последнего, стремясь одновременно уменьшить расстояниеот нее до наиболее удаленных участков камеры сгорания.В прошлом головки цилиндровавтомобильных двигателей былидвухклапанными.
В головках сверхним расположением клапановполучили распространение клиновидная, полусферическая и шатровая формы камеры сгорания. Прирасположении клапанов на наклонной поверхности свода камеры увеличивается отношение диаметра впускного клапана к диаметру цилиндра (dвп/D) примерно на10 %. При этом возможно продольное, поперечное и косое расположение клапанов относительно продольной оси головки цилиндра.Продольное расположение клапанов имеет место в головке с полуклиновидной камерой сгорания(рис. 9.47), имеющей форму овала, вдоль большей оси которого расположены клапаны. Размещениевпускного и выпускного клапановна одной оси вдоль головки упрощает конструкцию их привода иповышает удобство обслуживания.Головки с клиновидной формойкамеры сгорания успешно применяются в Vобразных двигателях.При этом впускные и выпускныеканалы выводятся на разные стороны головки.К недостаткам клиновидной камеры сгорания следует отнести возможное самовоспламенение свежегоРис.
9.47. Головка цилиндров с полуклиновидной камерой сгорания393заряда от головки выпускного клапана, недостаточное охлаждение зоны межклапанной перемычки, связанное с близким расположениемканалов впускного и выпускногоклапанов, недостаточную в ряде случаев завихренность свежего заряда иотносительно сложную механическую обработку стенок камеры. Кроме того, уменьшаются проходныесечения каналов по сравнению с поперечным или косым расположением клапанов, что снижает литровуюмощность двигателя. Большое распространение получили головки сполусферической формой камерысгорания.
Компактность камеры, рациональное расположение клапанови свечи зажигания обеспечивают хорошее протекание рабочего процесса. Следует отметить более эффективное охлаждение днища около выпускного клапана по сравнению сголовкой, имеющей клиновиднуюкамеру и простоту обработки резанием стенок камеры. Недостаткомголовок с полусферической формойкамеры сгорания является болеесложная конструкция привода клапанов, обычно располагаемых в поперечной плоскости головок.Стремление повысить литровуюмощность обусловили переход намногоклапанные, в частности четырехклапанные, головки цилиндров.
Вэтом случае проходные сечения впускных клапанов увеличиваются болеечем на 30 % по сравнению с двухклапанным вариантом. Четырехклапанные головки двигателей с принудительным воспламенением часто имеют шатровую камеру сгорания с небольшим вытеснением. На рис. 9.48показана головка цилиндра, имеющая два впускных и два выпускныхклапана на цилиндр с приводом отраспределительных валов, расположенных сверху на головке цилиндра.Хорошее протекание рабочего проРис.
9.48. Головка цилиндра с двумя впускными и выпускными клапанами на цилиндр и приводом от распределительных валов, расположенных сверху на головке цилиндрацесса обеспечивается в головках стангенциально расположенными иливинтовыми впускными каналами(рис. 9.49). Многоклапанная головкас одним винтовым и одним прямымканалом в сочетании с вихревой заРис.
9.49. Головка цилиндров двигателя с винтовым впускным каналом394слонкой для управления вихреобразованием в цилиндре используется надвигателях с расслоением заряда намалых нагрузках.При различных формах камерысгорания свечу зажигания размещают таким образом, чтобы расстоянияот нее до отдельных периферийныхобластей камеры сгорания были быприблизительно одинаковыми.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
