Проектирование двигателя
Проектирование двигателя
Диаметр цилиндра и ход поршня
Размер цилиндра является основным конструктивным параметром двигателя. Ход поршня обычно характеризуется относительной величиной S/D.
В зависимости от этого отношения различают двигатели короткоходные (S/D)<1 длиноходные (S/D)>1. Уменьшение S/D при постоянном объеме способствует увеличению диаметра цилиндров, что в свою очередь, позволяет увеличить площадь проходных сечений клапанов, снизить среднее давление насосных потерь. При сохранении средней скорости поршня и эффективного давления будет возрастать частота вращения коленчатого вала, а пропорционально ей эффективная мощность двигателя, что дает возможность существенно уменьшить вес конструкции и сделать ее более компактной. В то же время снижение величины S/D приводит к более высокому давлению газов на поршень, относительному увеличению надпоршневого зазора, что ухудшает процессы смесеобразования и сгорания. С учетом сказанного, ход и диаметр поршня принимается из ряда унифицированных деталей, производимых в промышленности, аналогично двигателю прототипу.
Принимаем ход поршня S= 140мм, диаметр цилиндра D=120 мм
Число цилиндров и масса двигателя
Выбор числа цилиндров и их расположение зависят от мощностно- динамических и конструктивных факторов. Выбор числа цилиндров и среднего эффективного давления при заданной мощности двигателя взаимосвязаны.
, 
(1.1)
где Ne= 85 кВт- эффективная мощность;
Ре= 1.2- среднее эффективное давление;
n= 1500 мин-1 частота вращения коленчатого вала двигателя;
Vh= 3.6 10-3 м3- рабочий объем цилиндра.
Принимаем число цилиндров z=4.
С увеличением числа цилиндров улучшаются пусковые качества двигателя и его уравновешивание. Однако при этом повышаются механические потери и при прочих равных условиях ухудшаются экономические показатели. По выбранному числу цилиндров и уточненному значению среднего эффективного давления, оцениваем массу проектируемого двигателя. Одним из эффективных средств снижения массы и уменьшения габаритных размеров является применение газотурбинного наддува и повышение частоты вращения коленчатого вала.
Оценить влияние числа цилиндров на удельную литровую массу двигателя можно по статическим данным для выпускаемых дизелей.
Длина шатуна
Длина шатуна определяется по допустимым значениям удельных давлений на юбку поршня от нормальной силы, т.е отношением радиуса кривошипа (R) к длине шатуна (L), т.е. R/L=λ. Установлено, что с изменением λ за счет увеличения длины шатуна происходит снижение инерционных и нормальных сил, а значит растет ресурс двигателя. Но при этом габариты двигателя увеличиваются и растет масса конструкции. Для подавляющего большинства четырехтактных двигателей отношение радиуса кривошипа к длине шатуна принимают в пределах . Итак, с учетом того, что было приведено выше, принимаем конструктивный параметр, аналогично двигателю- прототипу λ=0.28. Тогда длина шатуна составляет L=250 мм.
1.4 Средняя скорость движения поршня и частота вращения коленчатого вала
Одним из самых важных показателей двигателя является частота вращения коленчатого вала. Эта величина характеризует его динамические качества.
В дизель-генераторах для получения частоты тока 50Гц частота вращения коленчатого вала двигателя должна составлять n = 1500 (3000) мин-1. Для проектируемого двигателя принимаем частоту вращения коленчатого вала двигателя n = 1500 мин-1.
Скорость поршня является функцией быстроходности двигателя. Современное двигателестроение идет по пути непрерывного увеличения скорости вращения коленчатого вала, а следовательно, увеличения средней скорости поршня. Однако, скорость поршня повышается значительно медленней, чем число оборотов коленчатого вала двигателя, т.к. одновременно с повышением частоты вращения коленчатого вала необходимо снижать величину S/D. С увеличением скорости поршня возрастают механические потери, повышается тепловая напряженность двигателя, сокращается срок службы. В связи с этим, увеличение средней скорости поршня неразрывно связано с решением проблем долговечности деталей, применением более совершенных материалов в двигателестроении и улучшением качеств применяемых масел.
Средняя скорость поршня для проектируемого двигателя состаляет:
м/с. (1.2)
Степень сжатия
Степень сжатия определяется способом смесеобразования (внутренне или внешнее), конструктивными особенностями двигателя, свойствами топлива, наличием наддува и т.п. В двигателях с воспламенением от сжатия ограничивается по условию предупреждения явления детонации и выбор ее зависит от антидетонационных свойств топлива. Для проектируемого двигателя принимается степень сжатия ε=16
1.6 Коэффициент избытка воздуха
Коэффициент избытка воздуха определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа образования, условий воспламенения и сгорания топлив, а также от режима работы двигателя.
Для проектируемого двигателя принимается коэффициент избытка воздуха α= 1,9.
Фазы газораспределения
Фазы газораспределения- это периоды, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, в течение которых соответствующие клапаны открыты.
При правильном выборе фаз газораспределения улучшаются очистка цилиндров от продуктов сгорания и заполнение его свежим зарядом, что приводит к некоторому сокращению затрат энергии на газообмен, снижение температуры деталей двигателя и т.д.
Фазы газораспределения для конкретной частоты вращения имеют свою оптимальную величину, а реальные фазы выбираются из множества, обеспечивая оптимизм для наиболее важного диапазона скоростных режимов работы конкретного двигателя. При выборе рациональных фаз газораспределения используются как экспериментальные, так и расчетные методы, основаны на применении математического моделирования рабочего процесса.
Выбрано: опережения открытия впускного клапана 17º до ВМТ, закрытие впускного клапана 56º после НМТ, открытие выпускного клапана 56º до НМТ, закрытие 17º после ВМТ.