Эту книгу вы можете скачать одним файлом.

Конструкция основных механизмов двигателей гоночных автомобилей

Шатунно-кривошипный механизм

Конструкция деталей шатунно-кривошипного механизма рассматривалась при знакомстве с типами двигателей гоночных автомобилей.

К конструкции шатунно-кривошипного механизма двигателей гоночных автомобилей предъявляются следующие требования:

  1. Прочность и надежность деталей шатунно-кривошипного механизма при большом числе оборотов и больших нагрузках.
  2. Малый вес деталей для уменьшения сил инерции и общего веса автомобиля.
  3. Хороший отвод тепла от деталей, подвергающихся сильному нагреву.
  4. Уменьшение потерь на трение, т. е. увеличение механического к. п. д.

Уменьшение длины хода поршня (короткоходные двигатели), а следовательно, и радиуса кривошипа обеспечивает создание коленчатого вала наиболее рациональной формы с так называемым перекрытием шеек, обладающего наибольшей жесткостью.

У V-образпых двигателей основанием служит общий блок-картер с вставными гильзами цилиндров. Такой блок-картер с большим углом между осями цилиндров обладает большой жесткостью, так как он имеет не только меньшую длину, но и относительно большую ширину верхней части.

При однорядном расположении цилиндров приходится идти на увеличение числа коренных подшипников, устанавливая их по обе стороны каждого колена. При этом для уменьшения длины двигателя шейки опор коленчатого вала стремятся делать большого диаметра и малой длины.

Жесткость опор коленчатого вала повышают также за счет более развитой верхней части картера и опускания плоскости разъема картера значительно ниже оси коленчатого вала. Снаружи блок-картера некоторых двигателей имеются ребра жесткости.

Требования повышенной прочности заставляют применять для деталей шатунно-кривошипного механизма наиболее высококачественные материалы. Коленчатые валы и шатуны изготавливают из высококачественной хромоникелевой стали. Блок-картер отливают из легированных чугунов или алюминиевых сплавов; в последнем случае применяют гильзы цилиндров из специального чугуна или стали.

При изготовлении блок-картера из алюминиевого сплава и вставных чугунных или стальных гильз последние подвергаются короблению и ухудшается контакт на границе двух металлов под влиянием деформации, вызываемой сильным нагревом.

В настоящее время проводятся опыты по хромированию зеркала цилиндров, выполненных из легких сплавов, для повышения износостойкости, а также антифрикционных и антикоррозийных свойств поверхности зеркала цилиндра.

Уменьшение веса деталей достигается, главным образом, применением легких сплавов для ответственных деталей (поршней, головок цилиндров, картеров).

Основным материалом для поршней служат силуминиевые сплавы (сплав алюминия с кремнием), имеющие удельный вес γ = 2,7. Для еще большего облегчения иногда поршни изготавливают из магниевых сплавов, имеющих еще меньший удельный вес γ = 1,7.

Поршни из алюминиевых сплавов изготавливают штамповкой или вытачивают из прокованных алюминиевых болванок.

Изготовление головок цилиндров из алюминиевых сплавов для двигателей с верхними клапанами вызывает затруднения ввиду необходимости повышения твердости головки в той части, где устанавливаются клапанные гнезда из жароупорной стали. Недостаточная твердость головки приводит к проседанию клапанных гнезд ввиду большого удельного давления клапана на поверхность гнезда. В последнее время в качестве материала для клапанных гнезд применяют бронзовые сплавы. При этом уменьшается опасность проседания и происходит лучший отвод тепла от поверхности клапана.

Применение легких сплавов способствует улучшению отвода тепла, так как алюминий обладает высокой теплопроводностью.

Для улучшения отвода тепла на некоторых деталях делают ребра. В поршнях делают ребра на внутренней поверхности днища, что способствует также повышению жесткости поршня.

Для улучшения охлаждения масла и повышения жесткости картера делают ребра на его наружной поверхности

Уменьшение потерь на трение является весьма существенным требованием к конструкции шатунно-кривошипного механизма двигателя гоночного автомобиля, так как с увеличением числа оборотов величина этих потерь возрастает. Наиболее эффективным способом уменьшения этих потерь является применение подшипников качения взамен подшипников скольжения.

Сборный коленчатый вал

Рис. 36. Сборный коленчатый вал:
1 - торцовая насечка, 2 - стяжной болт

При установке подшипников качения в опорах коленчатого вала и нижних головок шатунов необходимо коленчатый вал делать сборным. Несмотря на сложность, сборные коленчатые валы получают все большее применение. Такая конструкция коленчатого вала дает возможность производить тщательную обработку отдельных его деталей. Соединение отдельных частей коленчатого вала выполняют обычно путем напрессовки или посредством мелкой насечки на торцовых поверхностях и стягивания болтами, как показано на рис. 36.

Значительную часть потерь составляет трение поршня о стенки цилиндра. Эти потери тем больше, чем больше боковое давление поршня на стенки цилиндра. Максимальное давление поршня в быстроходном двигателе определяется силами инерции деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Так как величина силы инерции зависит от веса этих деталей (в том числе от веса поршня), то при облегчении поршня уменьшаются потери на трение.

Учитывая короткоходность большинства современных двигателей, небольшую длину шатунов и наличие противовесов на щеках коленчатого вала, при удлиненной юбке поршня в нижней части ее делают специальные вырезы.

Поршневые кольца создают большое давление на стенки цилиндра. Уменьшение числа колец недопустимо вследствие необходимости обеспечить плотность между стенками цилиндра и поршня. Вследствие высокого давления сжатия и сгорания у большинства двигателей гоночных автомобилей устанавливают на поршень три-четыре компрессионных кольца. При увеличении степени сжатия и числа оборотов появляется опасность прорыва газов в картер, что приводит к быстрому выбрасыванию и угару смазки. Поэтому качество поршневых колец имеет для гоночных двигателей первостепенное значение. Для уменьшения потерь на трение и увеличения стойкости колец они подвергаются тщательной обработке и пригонке.

В настоящее время путем специальной термической обработки поршневым кольцам придают такую форму, при которой установленное в цилиндр кольцо обеспечивает неравномерное распределение давления на зеркало цилиндров и увеличенное в зоне замка. Как показывают испытания, такие кольца имеют преимущества перед обычными поршневыми кольцами как в отношении стойкости, гак и в отношении снижения потерь на трение.

Рабочие поверхности всех деталей шатунно-кривошипного механизма должны быть тщательно обработаны. В процессе доводки двигателей часто прибегают к индивидуальной притирке деталей.

Вместе с потерями на трение учитываются также и вентиляционные потери, связанные с перемещением массы воздуха в картере. Для уменьшения этих потерь полируют нерабочие поверхности движущихся деталей шатунно-кривошипного механизма (щеки коленчатого вала, наружная поверхность шатуна). При этом уменьшается завихривание воздуха и снижаются вентиляционные потери.

Газораспределительный механизм

Применение в двигателях гоночных автомобилей верхних клапанов, расположенных в головке цилиндров, позволяет создать различные конструкции газораспределительного механизма в отличие от нижнеклапанной системы, однотипной по устройству.

От совершенства конструкции системы газораспределения зависит качество очистки цилиндров от отработавших газов и наполнение цилиндров горючей смесью. Расположение клапанов определяет форму камеры сгорания.

Конструкция газораспределительного механизма двигателя гоночного автомобиля должна удовлетворять следующим основным требованиям:

  1. Обеспечение достаточно больших проходных сечений в клапанах и каналах головки цилиндров для уменьшения сопротивления выходу отработавших газов и поступлению горючей смеси.
  2. Возможность создания рациональной формы камеры сгорания.
  3. Уменьшение веса деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, для уменьшения сил инерции.
  4. Высокая стойкость клапанов и клапанных гнезд, подвергающихся действию больших механических нагрузок и тепловых напряжений.
    Хорошее охлаждение поверхности клапанов (особенно выпускных) для предотвращения возможности калильного зажигания.
  5. Соответствие фаз газораспределения режиму работы двигателя и точность работы распределительного механизма при больших оборотах.

В современных двигателях гоночных автомобилей применяют четыре основных схемы механизма газораспределения с верхними клапанами.

На рис. 37 приведена схема с однорядным расположением клапанов, приводимых в действие через толкатели, штанги и коромысла от нижнего распределительного вала.

Если клапаны расположены рядом, камеру сгорания выполняют цилиндрической формы, при которой поверхность для размещения клапанов несколько стеснена.

Ряд деталей привода клапанов, движущихся возвратно-поступательно и обладающих значительным весом, создает большие силы инерции, нарушающие точность работы распределительного механизма при больших оборотах коленчатого вала двигателя.

Схема распределительного механизма с однорядным расположением верхних клапанов, имеющих привод через штанги и коромысла от нижнего распределительного вала

Рис. 37. Схема распределительного механизма с однорядным расположением верхних клапанов, имеющих привод через штанги и коромысла от нижнего распределительного вала

  Схема распределительного механизма с верхним однорядным расположением клапанов и распределительным валом в головке цилиндров

Рис. 38. Схема распределительного механизма с верхним однорядным расположением клапанов и распределительным валом в головке цилиндров

Эти недостатки ограничивают применение данной схемы, и она все реже встречается у современных гоночных двигателей.

В схеме, приведенной на рис. 38, распределительный вал установлен в головке цилиндров над клапанами. Камера сгорания имеет такую же форму, как показано на рис. 37, но вес деталей, движущихся возвратно-поступательно, минимальный.

Схема распределительного механизма с двухрядным наклонным расположением клапанов и одним верхним распределительным валом

Рис. 39. Схема распределительного механизма с двухрядным наклонным расположением клапанов и одним верхним распределительным валом

  Схема распределительного механизма с наклонным расположением клапанов и отдельными распределительными валами для каждого ряда клапанов

Рис. 40. Схема распределительного механизма с наклонным расположением клапанов и отдельными распределительными валами для каждого ряда клапанов

Наличие верхнего распределительного вала позволяет, направив в разные стороны впускные и выпускные каналы, дать им более выгодную форму и полностью изолировать впускной и выпускной трубопроводы. В механизме газораспределения, показанном на рис. 39, клапаны установлены в два ряда и имеют наклонное расположение; привод клапанов осуществляется от одного верхнего распределительного вала через коромысла.

При таком расположении клапанов камеру сгорания можно выполнить полусферической формы, наиболее рациональной с точки зрения протекания процесса сгорания.

Поверхность для расположения клапанов значительно увеличивается, каналы для прохода смеси получают более выгодную форму, в результате чего наполнение цилиндров горючей смесью улучшается.

Наличие коромысел вызывает появление дополнительных по сравнению с предыдущей схемой инерционных усилий.

В схеме, представленной на рис. 40, клапаны расположены наклонно и имеют привод от отдельного распределительного вала для каждого ряда клапанов.

Эта схема механизма газораспределения является наиболее совершенной, так как она обеспечивает наиболее выгодную форму камеры сгорания и минимальный вес деталей, движущихся возвратно-поступательно.

Конструкция распределительного механизма, выполненного по этой схеме, является наиболее сложной, однако это усложнение полностью компенсируется ее преимуществами как в отношении наполнения цилиндров двигателя горючей смесью, так и в отношении снижения инерционных нагрузок.

По этой схеме выполнены распределительные механизмы у большинства современных четырехтактных двигателей гоночных автомобилей как с нагнетателями, так и без них.


← Предыдущая страницаоглавлениеСледующая страница →




Случайное фото:
Смотри также:
Гоночные машины
Средняя цена «Победы» сегодня
354 000 руб.
(количество предложений: 11)
gaz20.spb.ru — победитель конкурса «Золотой сайт»