Конструирование двигателя внутреннего сгорания.

Что такое конструирование или проектирование двигателя? В результате конструирования инженер выпускает чертежи какого-либо изделия. Прежде чем инженер возьмет карандаш или сядет за компьютер, он должен знать, какими свойствами должно обладать изделие и в каких условиях оно будет работать. Это означает, что он должен определить, какие силы, температура, влажность и другие параметры будут воздействовать как на само изделие, так и на его элементы или узлы. Причем эти параметры подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние  воздействуют на изделие при работе, а внешние  постоянно от окружающей среды. Только при наглядном представлении всех реальных воздействий можно создать работоспособную конструкцию. И здесь конструктору помогает его интуиция и пространственное (в образах) мышление. В том случае, если изделие уже эксплуатировалось, инженер анализирует его недостатки и какие новые требования выдвигает жизнь или рынок.

Определим требования, предъявляемые к автомобильному двигателю при его проектировании:

1. Экономичность на всех режимах работы (небольшой удельный расход топлива).

2. Крутящий момент на валу двигателя или мощность, хорошая приемистость при изменении режима (быстрое повышение частоты вращения, быстрый запуск).

3. Высокая удельная мощность и малые габариты.

4. Удобство эксплуатации и простота технического обслуживания.

5. Низкая токсичность отработавших газов.

6. Высокая надежность, большой ресурс или время безаварийной работы до ремонта.

При проектировании инженер должен обеспечить выполнение всех этих требований. Проблеме, как достигается это при конструировании ДВС, посвящен данный курс лекций. Рассмотрим упрощенную схему (рис. 1.1). Давление газов в надпоршневом пространстве, образующихся при сгорании топлива, воздействует на поршень и на головку цилиндра и через нее на болты крепления головки. От поршня суммарная сила газов передается к пальцу, где она раскладывается на две силы: одна направлена по шатуну S, а вторая – на стенку цилиндра N. Величины этих сил находят из треугольника разложения сил. Сила S передается через кривошипную головку шатуна на шейку кривошипа. Здесь она раскладывается на две силы – Т и К. Сила T создает крутящий момент на валу двигателя, а сила К приходит на коренные шейки коленчатого вала и через корпусные детали разлагается на вертикальные и горизонтальные составляющие К_х, К_у и передается на опоры крепления двигателя и раму автомобиля.

Кроме газовых сил на детали двигателей действуют силы инерции движущихся масс: поршней, шатунов и кривошипов и маховика, которые служат аккумулятором момента вращения для снижения крутильных колебаний во всех системах двигателя.

Курсовой проект, выполняемый студентом по данному курсу, содержит:

1. Конструкцию и расчет поршневой группы (поршня, поршневых колец, пальца).

2. Конструкцию и расчет шатунной группы (стержня шатуна, поршневой головки, кривошипной головки и болтов).

3. Конструкцию и расчет коленчатого вала (коренных и шатунных шеек, щек; особенности расчета для рядного и V-образного двигателей).

4. Расчет корпусов двигателей; расчет газового стыка.

5. Конструкцию и расчет газораспределения.

6. Конструкцию и расчет подшипников.

7. Конструкцию и расчет смазочной системы.

8. Конструкцию и расчет систем впуска, наддува и выпуска отработанных газов двигателя.

9. Конструкцию и расчет деталей системы охлаждения.

Исходные данные для конструирования получают из теплового, кинематического и динамического расчетов.

Остановимся на основных требованиях, предъявляемых к выполнению курсового проекта. Как чертежи, так и порядок выполнения всех расчетов определяется требованиями ГОСТов. Поэтому на первом практическом занятии необходимо ознакомиться с требованиями на составление технического задания по проектированию нового двигателя, затем изучить требования к чертежам деталей сборочных единиц, оформлением спецификации к чертежам в соответствии с ЕСКД.

Чертеж детали по ЕСКД должен иметь, кроме конфигурации детали, все размеры и допуски на каждый размер, сведения о чистоте механической обработки всех поверхностей; ГОСТ на материал, из которого изготавливается деталь, и технические условия, определяющие точность изготовления сопряженных поверхностей, вид термической обработки (твердость поверхности и сердцевины), виды химических покрытий.

Сборочный чертеж обязательно должен иметь, кроме конфигурации, посадочные размеры всех деталей, которыми они присоединяются к другим узлам, допуски и посадки для замыкающих размеров, получаемые из расчета размерных цепей, а также технические условия, определяющие сборку и монтаж узла на изделие. Все виды обязательной конструкторской документации по ЕСКД приведены на рис. 1.2.

На рис. 1.3, 1.4 приведен общий вид двигателя КамАЗ-740, а на рис. 1.5, 1.6 – общий вид двигателя ВАЗ (продольный и поперечный разрезы).

На рис. 1.7 показан рабочий заводской чертеж впускного клапана.