Материал: Zapiska-1

4.3 Расчет суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Суммарная сила Р, МПа, действующая в КШМ, определяется сложением удельных сил давления газов и возвратно-поступательно движущихся масс:

Р = Р_Г + Р_J. (4.14)

Суммарная сила Р, как и силы Р_Г и Р_J, направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца (см. рисунок 4.1). Воздействие от силы Р передается на стенки цилиндра перпендикулярно его оси и на шатун по направлению его оси.

По формулам (4.1), (4.9) – (4.10) и (4.14) для =60º получаем:

Р= 0,03–0,1–0,66570,0429628²(cos 60º+0,25cos 120º)/(0,0046510⁶)-0,866 МПа.

4.4 Расчет сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

Аналитически результирующая сила R_ШШ (рисунок 4.3), действующая на шатунную шейку V-образного двигателя (в случае, если учитывается действие сил со стороны только одного из двух расположенных рядом на шейке шатунов) равна:

R_ШШ = , (4.15)

где Р_К ­­– сила, действующая на шатунную шейку по кривошипу. Причем:

Р_К = К + К_RШ. (4.16)

Направление результирующей силы R_ШШ для различных положений коленчатого вала определяется углом  (tg  = Т / Р_К), заключенным между вектором R_ШШ и осью кривошипа.

4.5 Построение графиков сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Графики изменения сил, действующих в КШМ, в зависимости от угла  строятся в прямоугольной системе координат по данным динамического расчета на ЭВМ, полученным с помощью программы DWK4 (см. приложение А).

4.6 Построение диаграммы износа шатунной шейки

На основании полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку коленчатого вала на первом листе графической части построена диаграмма износа, которая дает наглядное представление о характере износа шейки по окружности и позволяет определить местоположение масляного отверстия.

Для упрощения расчета результирующих величин R_ШШ составлена таблица 4.1, в которую занесены значения сил R_ШШi, действующих по каждому лучу, и их сумма.

Таблица 4.1 – Результаты расчета износа шатунной шейки

5 Патентно-информационный поиск аналогов заданного типа двс

В результате патентно-информационного поиска установили четыре двигателя аналога, основные технические характеристики которых представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Технические характеристики двигателей-аналогов

В качестве прототипа выбираем двигатель, который устанавливался на серийные автомобили Citroen C5 1.6 THP.

6 Обоснование и выбор механизмов и систем двигателя

Двигатель THP (Turbo High Pressure) имеет систему прямого последовательного впрыска с электронным насосом высокого давления. Кроме турбокомпрессора, механическая часть двигателя имеет распределительный вал с кулачками впускных клапанов с функцией постоянного изменения фаз газораспределительного механизма

В механизме ГРМ используем верхнее расположение клапанов и верхнее расположение распределительного вала.

Распределительный вал имеет пять коренных под­шипников. Упорные шайбы, регулирую­щие осевой зазор коленчатого вала, установле­ны в центральный коренной подшипник.

Впускной и выпускной клапаны. Диаметр тарелки впускного клапана 47,5 мм, выпускного – 44,0 мм. Диаметр стержня впускного и выпускного клапана – 5,5 мм. Длина впускного клапана – 93,2 мм, а выпускного – 92,6 мм. Выпускной клапан изготовлен из хром-марганец-никелевого сплава, впускной - хром-кремниевый сплав.

Головка блока цилиндров с распределительным валом, где распределительный вал для впускных клапанов имеет систему постоянного изменения фаз газораспределения. Данная функция позволяет улучшить крутящий момент на малых оборотах, а также снизить расход топлива и уменьшить выброс вредных веществ.

Блок цилиндров отлит из специального алюминиевого сплава. В блоке цилиндров установлены тонкостенные чугунные гильзы. Блок двигателя не подлежит ремонту. Если овальность цилиндра более 0,15мм, а конусность – более 1 мм, блок цилиндров подлежит замене

Поршни — алюминиевые для повышения прочности содержания кремния в металле должно быть около 18%. Число колец: 3. Два, из которых компрессионные и одно маслосъемное, для эффективного предотвращения явления прорыва газов в картер двигателя и пригорания масла. Первое компрессионное кольцо изготавливается из легированного чугуна с шаровидным графитом, так как оно работает в условиях повышенного давления и температур. Второе из серого легированного чугуна с пластинчатым графитом. Маслосъёмные кольца должны иметь хорошую прирабатываемость к зеркалу цилиндра их изготавливают из серого легированного чугуна.

Шатуны - стальные, кованые, расположены под углом 180 градусов, с разъемной нижней головкой , в которой устанавливаются вкладыши шатунного подшипника. Шатун обрабатывают вместе с крышкой, поэтому при сборке номера на шатуне и крышке должны быть одинаковы. В верхнюю головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка. Шатунные болты запрессованы в нижнюю головку шатуна. Поэтому чтобы не нарушить посадку болтов в отверстиях головки, нельзя выпрессовывать болты из головки шатуна при ремонтных работах.

Шатун изготавливается путём штамповки из хромоникелевых сталей. Коленчатый вал изготавливается из стали 42ХМФА. Крепление, для увеличения компактности, неполно опорное. Коленчатый вал - пяти опорный, отлит из чугуна. В заднем конце коленчатого вала выполнено гнездо под передний подшипник первичного вала коробки передач, по наружному диаметру которого центрируется маховик . Маховик устанавливается на коленчатый вал так, чтобы метка (конусообразная лунка около зубчатого обода маховика) и ось шатунной шейки первого цилиндра находились в одной плоскости и по одну сторону от оси коленчатого вала. Вкладыши коренных и шатунных подшипников - тонкостенные, сталеалюминевые. Все шатунные вкладыши одинаковые и взаимозаменяемые. Верхние вкладыши 1-го, 2-го, 4-го и 5-го коренных подшипников одинаковые, с канавкой на внутренней поверхности, а нижние - без канавки. Вкладыши 3-го коренного подшипника отличаются от остальных большей шириной и отсутствием канавки на внутренней поверхности.

Система питания двигателя с прямым впрыском топлива позволяет сочетать повышенную мощность двигателя с умеренным расходом топлива. Высокое давление достигается за счет топливного насоса, установленного на конце вала с кулачками впускных клапанов. Максимальное давление в 120 бар позволяет через форсунки впрыскивать горючую смесь непосредственно в камеру сгорания с боковой стороны, что обеспечивает ее более однородное распределение. Степень сжатия при этом повышается до 10,5:1.

Турбокомпрессор типа Twin-Scroll, особенностью которого является функция парного отбора выхлопных газов (из цилиндров 1-4, 2-3) и дальнейшее направление их в выпускной коллектор. Данная функция позволяет наиболее оптимальным образом направлять поток газов, обеспечивая сверхэффективную производительность турбины и значительно снижая провалы («турбоямы») в ее работе. При вращении турбина может развивать скорость до 200 000 об/мин, обеспечивая с помощью электронного блока управления ограниченное давление газов (до 0,8 бар) в выпускном клапане (Dump Valve). Таким образом, мощная подача топлива в цилиндры осуществляется начиная с режима 1 000 об/мин. Специально для охлаждения турбокомпрессора на двигателе установлен дополнительный электронасос перекачивающий охлаждающую жидкость после выключения зажигания. Соответственно нет нужды в установке всяких лишних устройств типа турботаймера. На двигателях THP впервые применяется датчик кислорода пропорционального типа, который позволяет регулировать смесеобразование по кислороду не только в режиме холостого хода и ровных нагрузок ( как линейный датчик) а и при мощностных и средних нагрузках. Пока пропорциональный датчик устанавливается не на все автомобили. Отличить его очень легко, к верхнему зонду подходит шесть проводов.

Система охлаждения предназначена для быстрого прогрева и поддержания рабочей температуры двигателя. Применим жидкостную систему охлаждения. Жидкостная система охлаждения состоит из радиатора, вентилятора, насоса, расширительного бочка, термостата, водяной рубашки в блоке цилиндров и головке блока цилиндров.

Система пуска двигателя предназначена для быстрого запуска двигателя путем сообщения коленчатому валу скорости, обеспечивающей нормальное протекание рабочего процесса. Она состоит из аккумуляторной батареи, зажигания и стартера.

Система смазки комбинированная: под давлением и разбрызгиванием. Осуществляется посредством двух роторного шестеренчатого насоса, который всасывает масло из поддона через сетчатый приемник и нагнетает его через фильтр в смазочные каналы, где масло распределяется по коленчатому валу, распределительному валу и вспомогательному валу. Шатунные подшипники снабжаются маслом через внутренние отверстия в коленчатом вале. Внутренние поверхности поршней смазываются из отверстий в нижних головках шатуна. На вал распределителя масло периодически подается из отверстия вспо­могательного вала. Распределительный вал и коромысла снабжаются маслом через трубку-разбрызгиватель, идущую от центрального подшипника распределительного вала.

По сравнению с предыдущими модификациями данного двигателя у этого, снижена производительность масляного насоса из-за чего часто встречаются случаи преждевременного износа вкладышей и заклинивания коленчатого вала

Полузакрытая система вентиляции кар­тера втягивает прорвавшиеся газы во впускной коллектор через регу­лирующий клапан.