Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Обзор систем изменения фаз газораспределения 7
1.1 Классификация систем изменения фаз газораспределения 7
1.2 Системы изменения фаз при постоянном время-сечении 7
1.3 Системы изменения фаз и время-сечения 11
1.4 Анализ целесообразности применения различных систем изменения фаз газораспределения 17
2 Оптимизация фаз газораспределения в программной комплексе ДИЗЕЛЬ-РК 19
2.1 Краткие теоретические сведения о программном комплексе 19
2.2 Выбор оптимальных фаз газораспределения 19
3 Тепловой расчет бензинового двигателя с использованием методики И.И. Вибе для двух различных настроек механизма газораспределения 22
3.1 Выбор скоростных режимов для расчета 22
3.2 Выбор топлива и его параметров 23
3.3 Расчет параметров рабочего тела 23
3.4 Параметры окружающей среды и остаточных газов 25
3.5 Расчет процесса наполнения 26
3.6 Расчет процесса сжатия и начала воспламенения 29
3.7 Термодинамический расчет процесса сгорания 31
3.8 Расчет процессов расширения и выпуска 34
3.9 Расчет индикаторных показателей рабочего цикла 37
3.10 Расчет эффективных показателей двигателя 38
3.11 Расчет внешнего теплового баланса 40
4 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма 42
5 Кинематический расчет клапанного механизма 43
5.1 Основные размеры проходных сечений в горловинах и клапанах 44
5.2 Основные размеры кулачка 45
5.3 Профилирование безударного кулачка (кулачек Курца) 45
5.4 Расчет пружины клапана 50
6 Расчет распределительных валов 53
6.1 Расчет выпускного распределительного вала 53
6.2 Расчет впускного распределительного вала 54
7 Анализ устойчивости режима работы двигателя и его динамических характеристик 57
8 Безопасность и экологичность технического объекта 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Результаты оптимизации фаз газораспределения 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Результаты теплового расчета 71
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Результаты кинематического расчета 82
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) эксплуатируются на различных частотах вращения коленчатого вала. Поэтому зависимости крутящего момента и мощности от частоты вращения коленчатого вала являются важнейшими характеристиками двигателей, предназначенных для автотранспорта.
Чтобы увеличить крутящий момент бензинового двигателя, работающего на составе смеси близком к стехиометрическому, необходимо увеличить цикловую подачу топлива и обеспечить нужное количество воздуха для его полного сгорания, то есть увеличить цикловое наполнение. За осуществление процессов газообмена в двигателях внутреннего сгорания отвечает механизм газораспределения, имеющий впускные и выпускные органы и детали, которые обеспечивают их своевременное открытие и закрытие.
В автомобилестроении наибольшее распространение получили четырехтактные быстроходные двигатели с клапанным механизмом газораспределения, в состав которого входят: клапаны, распределительные валы, толкатели, гидрокомпенсаторы, рычаги, пружины и др.
Совершенство очистки и наполнения цилиндра таких двигателей главным образом зависит от площади проходного сечения клапанов и продолжительности фаз газораспределения. Увеличение проходных сечений ограничено конструктивными особенностями, а продолжительность фаз связана с профилем кулачка распределительного вала. Кулачок спроектирован для обеспечения максимального крутящего момента при определенной частоте вращения коленчатого вала, при отклонение от которой наполнение цилиндра уменьшается ввиду инерционных свойств воздуха. Таким образом, постоянные фазы газораспределения не способны обеспечить максимально возможное наполнение цилиндра свежим зарядом во всем рабочем диапазоне частот вращения коленчатого вала. Для повышения наполнения на различных частотах вращения и улучшения динамических свойств двигателя применяются различные изменения фаз газораспределения.
Одной из важнейших динамических характеристик двигателя является коэффициент приспособляемости, численно равный отношению максимального крутящего момента к номинальному, и характеризующий способность двигателя преодолевать возросшее сопротивление без перехода на низшую передачу.
Целью работы является увеличение коэффициента приспособляемости автомобильного бензинового двигателя без значительного изменения номинальной мощности. Задачами данной работы являются: выбор оптимальной системы изменения фаз газораспределения, нахождение оптимального профиля кулачка и фаз газораспределения, а так же их смещения при различных режимах работы двигателя, конструктивное размещение системы изменения фаз газораспределения на модернизируемом двигателе, анализ изменения динамических свойств двигателя.
В результате обзора и анализа различных систем изменения фаз газораспределения, обоснован выбор системы бесступенчатого изменения фаз. За счет системы изменения фаз газораспределения удалось достигнуть увеличения максимального крутящего момента на 7 %. При этом смещение максимального крутящего момента в зону более низких оборотов позволило достичь значения коэффициента приспособляемости 1,331 и коэффициента эластичности 2,24.
Спрофилированный безударный кулачек обеспечил приемлемые значения ускорений толкателя при оптимальном время-сечении клапана. Мероприятия, связанные с изменением относительного углового положения распределительных валов в зависимости от нагрузки, позволили уменьшить выбросы токсичных веществ, а так же снизить минимальные устойчивые обороты холостого хода на 9 %.
