3.1 Описание конструкции двигателя

Проектируется 4-х цилиндровый, 4-х тактный бензиновый двигатель.

Блок цилиндров, материал: СЧ24-44.

Двигатель рядный с чугунным блоком несущего типа.

Блок без гильз, что с одной стороны увеличивает тепловой зазор, но с другой стороны технология изготовления такого блока более проста. Это позволяет уменьшить межцилиндровое расстояние. Блок данной конструкции обеспечивает необходимую жесткость, надежность внутренних полостей и технологичность изготовления. Блок цилиндров коробчатой формы состоит из верхних и нижних плит с отверстиями цилиндров, продольных стенок и поперечных перегородок. Система стенок и перегородок образует внутреннюю герметичную полость для циркуляции охлаждающей жидкости (рубашку охлаждения). Кроме того, в блоке имеются отверстия под болты крепления головки, отверстия для перепуска воды и масла из блока в головку цилиндров, через установочные втулки для головки.

Коленчатый вал, материал: сталь 40ХН.

Коленвал работает в тяжелых условиях, на него действуют переменные силы давления газов, силы инерции, вызывающие в элементах КВ скручивающие и изгибающие моменты, а также крутильные поперечные и продольные колебания вала. В результате циклического действия этих сил и моментов, все элементы КВ работают на усталость при неизбежной концентрации напряжений в отдельных местах. Трущиеся поверхности работают на износ при высоких удельных давлениях. Поэтому КВ должен отвечать ряду требований:

a) динамическая и статическая уравновешенность;

b) обеспечение работы цилиндров в определенном порядке и уравновешенностью двигателя;

c) высокая механическая прочность и жесткость;

d) высокая усталостная прочность;

e) высокая износостойкость трущихся поверхностей;

f) минимальный удельный вес и габариты;

g) отсутствие высоких амплитуд крутильных колебаний в рабочем интервале чисел оборотов.

Исходя из этих требований: КВ цельный, на подшипниках скольжения, закрепленный на нескольких опорных подшипниках с параллельным подводом смазки, подвесного типа. Масло подается к наружным поверхностям коренных шеек. Далее по каналам в КВ поступает внутрь коренных шеек, далее масло двигается по каналу в шатунные шейки и изнутри по каналам к наружным поверхностям шатунных шеек. В данном двигателе применена равномерная продольно-симметричная схема КВ (РПСС), т.к. данная схема имеет ряд преимуществ:

Ш динамическое самоуравновешивание вала (частичное или полное).

Ш высокопрочная технологичность вала, т.к. каждая пара соосных кривошипов может обрабатываться одновременно.

В нашем случаи вал данной схемы в 4-х цилиндровом двигателе, остаются неуравновешенными силы инерции 2-го порядка. Чтобы их уравновесить, необходимо вводить в конструкцию двигателя две одинаковые противоположно вращающиеся массы со скоростью 2?, что внесло бы существенное усложнение в конструкцию. Такое уравновешивание делают на двигателях автомобилей высокого класса. Поскольку данные силы существенных вибраций не вызывают, уравновешиваться они не будут.

Все переходы на КВ выполняются плавными, для уменьшения концентрации напряжений, несколькими радиусами. У выхода смазочного отверстия острые кромки не допускаются. Щеки овальной формы, выполнены заодно с противовесами, выполняющими роль разгрузки коренных подшипников.

Осевая фиксация КВ от перемещения осуществляется упорными полукольцами на 3-й коренной шейке. Передача момента потребителю осуществляется непосредственно с КВ посредством маховика. КВ несет элементы уплотнения по маслу (сальники). Привод вспомогательных агрегатов осуществляется с носка двигателя посредством зубчатого ремня.

Головка блока цилиндров, материал: АЛ-4.

Условия работы: силы давления предварительной затяжки силового крепежа, высокие температуры.

Эти требования выполняются за счет необходимой жесткости конструкции и организацией эффективного теплоотвода, при общем стремлении наиболее равномерного распределения температур.

Головка по возможности максимально симметричная, чем достигается равнопрочностные характеристики. Головка блочная, с верхнеклапанной схемой, 4 клапана на цилиндр, с двумя расположенным в верху кулачковыми валами. В верхней плите головка имеет опорные площадки для установки деталей привода клапанов, отверстия для силовых болтов. В нижней плите расположено огнеупорное днище с седлами посадки клапанов, опорная поверхность газового стыка, в которой имеются отверстия для перетекания масла и охлаждающей жидкости. Внутри головки имеются газо-воздушные каналы и система перегородок, образующих рубашку охлаждения. С одной стороны головки выпускной коллектор, с другой стороны впускной. В головку сбоку установлены форсунки так, что факел направлен на перемычку, которая находится между клапанами. Форсунки соединены топливной рампой.

Клапан обычный, тарельчатый, с плоским днищем. Приводится в действие распределительным валом через кулачек, задача которого, выбирать зазор, между клапаном и валом.

Шатун, материал: 40Х.

Условия работы: знакопеременные нагрузки, работает одновременно как поступательно, так и вращательно. Работает на усталость.

Шатун обычной конструкции. С двутавровым сечением стержня. Прямым разъемом нижней головки. Масло к нижней головке подводится через КВ. Верхняя смазывается масляным туманом подающаяся с картера. Крышка нижней головки шатуна крепится двумя болтами.

Поршень, материал: АК4.

Условия работы: высокие механические нагрузки (для данной конструкции Pz до 6,3 МПа). Высокие температурные нагрузки. Поршневые кольца работают на износ в условиях плохой смазки.

Необходимо: обеспечить минимальный вес, при достаточной прочности и жесткости, максимальный срок службы, герметичность полости цилиндра, минимальный расход масла на угар (тем самым закоксовку колец), надежная смазка трущейся пары, эффективный теплоотвод, высокая износостойкость тронка, поршневых колец, канавок и т.п.

Поршень тронковый, цельный. Днище головки поршня плоское, смесеобразование объемное. Цилиндрическая часть поршня имеет 3 канавки, две компрессионные и одна маслосъемная. В конструкции поршня предусмотрены три кольца для обеспечения достаточного уплотнения и теплоотвода, а так же равномерной смазки цилиндра по всей длине стенки рабочего хода цилиндра.

Поршневой палец пустотелый, на свободной посадке. От осевого перемещения закрепленный стопорными кольцами.

Описание работы системы смазки двигателя.

Запас масла находится в картере. Оттуда через маслозаборник масло поступает в шестеренчатый насос, установленный непосредственно на носке КВ. Из насоса при превышении заданного давления масло через редукционный клапан может быть слито обратно в картер. Из насоса масло попадает в масляный фильтр, в котором также есть редукционный клапан, который, если фильтр засорился отправляет масло в обход фильтрующего элемента. Из масляного фильтра масло поступает в главную масляную магистраль, из которой распределяется по коренным шейкам, из которых по каналам в КВ двигается к шатунным отверстиям. Из подшипников скольжения масло выдавливается в картер. В маслораздаточной канавке коренной шейки имеется канал в масляную форсунку, которая брызгает на поршень, с целью его охлаждения, тем самым снижает детонацию. В форсунках имеются клапана, которые срабатывают в зависимости от давления в системе. Из центрального масляного канала по каналу в блоке масло двигается в головку. В вертикальном масляном канале имеется противосливной клапан, предотвращающий слив масла во время стоянки. В головке масло распределяется по двум канавкам из которых по индивидуальным сверлениям подается к шейкам распредвалов и толкателям. Из толкателей и от распредвалов масло собирается в полость внизу головки и оттуда по сверлению сливается в картер.

Описание работы системы управления двигателем с распределенным впрыском топлива.

В данную систему входят:

a) Система подачи топлива.

b) Система зажигания.

c) Система гашения детонации.

d) Система кондиционирования воздуха.

e) Система вентиляции картера.

f) Система впуска воздуха.

g) Вентилятор системы охлаждения.

Основу системы управления двигателем составляет электронный блок управления (ЭБУ). Он является центральным устройством управления системы впрыска топлива. Он постоянно получает информацию от различных датчиков и управляет системами, влияющими на токсичность выбросов и рабочие показатели автомобиля. ЭБУ имеет программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ). В ППЗУ находится общая программа, которая содержит последовательность рабочих команд (алгоритмы управления) и различную калибровочную информацию. Калибровочная информация представляет собой данные управления холостым ходом и т. п., которые в свою очередь зависят от массы автомобиля, типа и мощности двигателя, от передаточных чисел трансмиссии и других факторов.

В ЭБУ стекаются данные от различных датчиков.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ).

ДТОЖ представляет собой термистор, т. е. резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Датчик установлен в потоке охлаждающей жидкости двигателя на отводящем патрубке охлаждающей рубашки в головке цилиндров. Температуру охлаждающей жидкости ЭБУ рассчитывает по падению напряжения на ДТОЖ, имеющие переменное сопротивление.