Анализ динамических характеристик газораспределительного
механизма рядного шестицилиндрового дизельного двигателя с нижним
расположением распределительного вала
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава первая
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Требования и обзор схем газораспределительных механизмов 9
1.2 Выбор механизма газораспределения 29
1.3 Постановка задачи исследования 31
Глава вторая
ПРОФИЛИРОВАНИЕ КУЛАЧКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ
2.1 Обзор программного продукта AVL Excite Timing Drive 32
2.2 Описание механизма газораспределения, основные размеры и массы 34
2.3 Расчет кинематических параметров механизма газораспределения 37
2.4 Расчет динамических параметров механизма газораспределения 49
Глава третья
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВПУСКНОГО КАНАЛА
3.1 Описание методики и схемы стенда 57
3.2 Подготовка исходных данных 60
3.3 Результаты эксперимента 60
3.4 Анализ результатов эксперимента 64
ВЫВОДЫ 65
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 66
ПРИЛОЖЕНИЯ
Сегодня энергетика автотракторного парка базируется на поршневом двигателе внутреннего сгорания. С уверенностью можно сказать, что он не будет иметь конкурентов и в ближайшем будущем. Неизменно важными являются задачи повышения их мощностных, экономических, экологических показателей и надежности. Решение этих задач связано с совершенствованием системы газораспределения, одной из самых нагруженных в ДВС. На ее долю приходится до 50% отказов двигателя. Наиболее интенсивно изнашиваются сопряженные поверхности пары кулачок-толкатель.
При конструировании газораспределительного механизма современного автомобильного двигателя внутреннего сгорания требуется решать сложный комплекс вопросов. Основные параметры механизма газораспределения должны быть прежде всего такими, чтобы смена рабочего тела в цилиндре двигателя протекала достаточно эффективно, что необходимо для получения высоких мощностных и экономических показателей двигателя. Помимо этого, конструкция звеньев механизма должна обеспечивать безусловную надежность работы клапанов во всем диапазоне скоростных режимов и нагрузок, встречающихся при эксплуатации двигателя. Наконец, все детали механизма газораспределения должны обладать высокой долговечностью, причем у двигателей массового производства осуществление этого условия не должно вызывать усложнения конструкции и удорожания механизма в целом.
Трудность создания газораспределительного механизма, удовлетворяющего всем перечисленным выше требованиям, непрерывно возрастает. Это обусловлено повышением напряженности деталей механизма газораспределения, вызванным всё возрастающей форсировкой автомобильных двигателей. Поэтому необходим точный расчет движения звеньев механизма газораспределения: только при знании действительного движения клапанов и их привода можно сделать правильные выводы об условиях их работы и их надежности. Этой цели служит методика расчета механизма газораспределения, которая позволяет, задаваясь законами
подъема клапанов, рассчитать прочность, жесткость и надежность деталей и механизма в целом. Расчет будет проводиться для двигателя с распределительным валом, расположенным в блоке. При нижнем распределительном вале для передачи движения от толкателя клапану в двигателях используют плоский механизм, состоящий из штанги, коромысла и траверсы, который выполнен с прямолинейным движением нижнего конца штанги. В начале расчета посчитаем кинематическую цепочку «Вал распределительный - клапан». Из-за специфики компоновки двигателя расчет систем впуска и выпуска рассчитывается индивидуально.
Геометрия впускного канала оказывает большое воздействие на формирование качества топливного заряда. С одной стороны, заряд должен обладать необходимой энергией для образования топливной смеси, что характеризуется моментом количества движения заряда, с другой стороны, на впуске необходимо иметь минимальные потери давления. Экспериментальная доводка геометрии канала является трудоемкой задачей, требующей большого количества времени. Дальнейшее воспроизведение полученной геометрии сопряжено с определенными технологическими трудностями. В этих условиях возрастает роль численных методов моделирования газодинамических характеристик канала[2].
Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой устройство, обеспечивающее своевременную подачу топливовоздушной смеси в цилиндры ДВС и выпуск отработавших газов. Данные функции газораспределительного механизма реализуются в четырехтактных силовых агрегатах за счет открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, которые имеют привод от распределительного вала и специального кулачкового механизма. Таким образом, основными элементами газораспределительного механизма являются клапаны, их привод и распределительный вал с его приводом. На современных автомобилях клапаны размещаются в головке блока цилиндров. Для того чтобы клапан удерживался в закрытом состоянии, используются пружины. В настоящее время наиболее широкое применение находят двигатели внутреннего сгорания с газораспределительными механизмами, работающими по четырехклапанной (на каждый цилиндр приходится по два впускных и выпускных клапана) и двухклапанной (один впускной и один выпускной клапан на цилиндр) схемам.
Разработана методика расчета кинематических параметров механизма
газораспределения рядного дизельного двигателя со схемой OHV. Кулачки
(впускной и выпускной) распределительного вала имеют безударный профиль.
Для решения задачи поиска частот механизма привода клапанов выбрана
двухмассовая эквивалентная схема. Резонансные частоты впуска составляют 44.225
Гц, выпуска - 35.861 Гц, что соответствует 5307 и 4303 об/мин коленчатого вала.
Найденные значения лежат выше рабочих частот двигателя, в том числе в режиме
моторного тормоза (от 2300 до 3000 об/мин).
Разработана методика расчета газодинамических характеристик впускного
канала индивидуальной мультиклапанной головки цилиндров дизельного двигателя.
При продувке сжатым воздухом для подъема клапана от 2 до 14 мм расход воздуха
составил от 0,028 до 0,096 кг/с; момент вихря составил до 0,048 Нм. Расчет показал,
что коэффициент расхода составил от 0,09 до 0,29; приведенное вихревое число
составило до 3,029.
1) Конструкция 4х-клапанной головки цилиндров для перспективных двигателей КамАЗ и исследование газодинамических характеристик каналов / К. Г. Белоконь, Д.Х. Валеев, Р.Ф .Галиев, Н. А. Гатауллин, Н.М. Исхаков, Р.Х. Хафизов, Л. Н. Попов, Н.Ф. Гимадиев. / Труды юбилейной научно-практической конференции "Перспективы развития автомобилей и двигателей в Республике Татарстан" - г. Наб. Челны., 1999
2) Белоконь К.Г. Газодинамические исследования впускных каналов 4х- клапанных головок цилиндров дизелей КамАЗ / Электронный сборник КамПИ: kampi. kcn. ru/ - zhurnal; E-mail: zhumal @ kampi. kcn.
3) Белоконь К.Г. Разработка конструкции, профилирование и доводка
газодинамических характеристик выпускных каналов 4х-клапанных головок цилиндров дизелей КамАЗ / Электронный сборник КамПИ:
kampi. kcn. ru/ - zhurnal; E-mail: zhurnal @ kampi.kcn.
4) Балюк Б.К., Божко А.Е. Надежность механизмов газораспределения быстроходных дизелей. г.Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1979 г. стр.31.
5) Корчемный Л.В. Механизм газораспределения автомобильного двигателя. Кинематика и динамика. Второе издание, переработанное и дополненное. г.Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1981г. стр.73.
6) Cyril M.Harris, Allan G.Piersol, Harris Shock and Vibration Handbook, Fifth Edition ibration—Handbooks, manuals, etc. 2. Shock (Mechanics)—Handbooks, manuals, etc. I. Harris, Cyril M., date. II. Piersol, Allan G. 2002.
7) Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов/А.И. Колчин, В.П. Демидов. - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2008. - 496 с.: ил.
8) Попык К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей. Изд. 2-е, перераб. и доп. Учебник для втузов. М., “Высш. школа”, 1973.
9) Двигатели внутреннего сгорания. Изд. в 3-х т. Общ. ред. А.С. Орлина. М., Машгиз, 1962. Т. 2. Конструкция и расчет, 380 стр. с ил.
10) Форсированные дизели: Докл. на XI Международном конгр. по двигателям (СИМАК). Пер. с англ. М.Н. Гаврилова, Н.А. Иващенко и др.; Пер. с фр. Н.В. Быковой; Под ред. В.И. Балакина, Н.Н. Иванченко и др. - Машиностроение, 1978. - 360 с., ил.
11) Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей: четвертое издание, перераб. и доп. Под редакцией А.С. Орлина, М.Г. Круглова.— М.: Машиностроение, 1984.
12) Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности “Двигатели внутреннего сгорания”/ В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин, Л.В. Грехов и др.; под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова.— 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1990.—288 с.: ил.
13) Кадышев В.Г. Тепловой расчет рабочего процесса ДВС: методические указания к курсовой работе по курсу “Теория рабочих процессов ДВС”: — г. Набережные Челны: КамПИ, 1993.
14) Тиунов С.В. Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности 101200 “Двигатели внутреннего сгорания”./ Набережные Челны: КамПИ, 2000, 24с.
15) Чайнов Н.Д., Иващенко Н.А., Краснокутский А.Н., Мягков Л.Л. Конструирование двигателей внутреннего сгорания: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по пециальности "Двигатели внутреннего сгорания" направления подготовки "Энергомашиностроение" /; под. ред. Н.Д. Чайнова. М.: Машиностроение, 2008. 496 с., ил.
16) Манфред Д. Рерле. Современная промышленность, поршни для ДВС,
ф.МАЛЕ, Германия. Техническая библиотека.
17) Макаревич П.С. Улучшение показателей четырехтактных ДВС снижением аналогов скорости рабочего тела в проходных сечениях клапанов, Диссертация на соискание учетной степени кандидата технических наук, -
г.Челябинск, 2006 г.
18) Пузанков А.Г. Автомобили: устройство и техническое обслуживание: учебник для студ. Учреждений сред.проф. образования/ - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 640 с.
19) Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник, Изд.2- е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1972.-304с.