Вопрос
Elambharathi
Сегодня 00:12
Проектирование двигателя внутреннего сгорания
Я пытаюсь спроектировать теоретический двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Конечная цель — добиться от этого двигателя мощности в 3000 л. с. Для этого, как я знаю, мне понадобится низкое соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня, высокая степень сжатия, непосредственный впрыск и 4 клапана на цилиндр. Я запутался в своих расчётах, так как разные параметры взаимосвязаны. Как мне определить оптимальный диаметр цилиндра и ход поршня для этого теоретического двигателя?
Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/32234/designing-ic-engine
1
Похоже, это ваш первый пост на сайте, посвященном техническому обслуживанию и ремонту автомобилей. Похоже, вы студент инженерного факультета и ищете тему для школьного проекта. Так ли это? Добро пожаловать на Stack Exchange!
Вам предстоит принять множество решений.
Первый вариант: тип двигателя? Я предполагаю, что вам нужен двигатель внутреннего сгорания. Варианты:
Существуют и другие конструкции, но эти — самые распространённые.
Следующий шаг — определение ваших потребностей в мощности. Вы сказали, что вам нужно 3000 лошадиных сил. Отлично.
Далее идут материалы. Какой у вас есть литейный цех? Какие материалы вы рассматриваете? Хорошо ли вы разбираетесь в требованиях к термообработке? Есть ли у вас механические цеха, которые могут посоветовать, что приемлемо для их процессов?
Следующий шаг — подбор размера двигателя (для двигателей с рабочим объёмом). Какой общий рабочий объём вам нужен? О каком давлении идёт речь? (Каковы ваши требования к безопасности и долговечности?) Используйте соответствующие термодинамические таблицы для выбранного вами типа двигателя, чтобы определить, что возможно для выбранного вами типа топлива. Очевидно, что для бензинового двигателя вы будете использовать цикл Отто. Очевидно, что именно здесь вам нужно проверить давление на впуске. Вы собираетесь добавить наддув? Как вы планируете это сделать?
После того как вы определите рабочий объём (общий), вы сможете вычислить количество цилиндров, размер поршней и ход поршня. Я бы сказал, что существует множество опубликованных материалов, в которых немного говорится об этом этапе, особенно в том, что касается диапазона оборотов и крутящего момента. Вы не упомянули свои целевые показатели.
В какой-то момент вам, вероятно, придётся оценить не только количество цилиндров, но и их расположение. Насколько важна для вас вибрация? Вы выбираете рядный блок, V-образный блок, оппозитный двигатель или, возможно, альтернативную конструкцию? Вы собираетесь добавить вал с противовесом?
А вот и сложный вопрос... Как вы собираетесь регулировать впуск и выпуск в вашем двигателе? Два клапана на цилиндр? Три? Четыре или больше? Возможно, у вас есть альтернативная конструкция. Опять же, здорово. Как вы собираетесь регулировать открытие и закрытие каждого клапана? Как вы собираетесь передавать энергию для этого? Будете ли вы использовать клапанные пружины или десмодромную конструкцию клапанов?
Вам также следует уделить немного времени тому, чтобы убедиться, что вы предусмотрели в конструкции возможность потери тепла. Управление радиатором? охлаждающая жидкость? Термостат? Насос охлаждающей жидкости? Нет ничего невозможного.
Переходим к смазке. Не забывайте, что все движущиеся части двигателя должны быть смазаны. Я предполагаю, что вы будете сверлить и заваривать поперечные отверстия в коленчатом валу. Это усложняет термообработку, но именно это и делает инженерное дело таким интересным, не так ли?
Сейчас самое время разобраться в деталях смешивания топлива и воздуха. Вы собираетесь использовать карбюратор? Форсунки высокого давления? Механический или электрический топливный насос? Система управления? Калибровка? Какие датчики вам понадобятся для интегрированной системы?
О-о-о, я чуть не забыл. Каким требованиям вы соответствуете в плане выбросов? действующим законодательным требованиям? Как вы собираетесь контролировать этот процесс?
Примерно в это же время вам, вероятно, следует перенести все свои проекты в систему 3D-проектирования. Система, которая хорошо интегрируется для анализа методом конечных элементов, сэкономит вам время. На этом этапе вы можете начать определять требования к материалам, включая все виды термообработки. Цель состоит в том, чтобы создать модель, которая будет достаточно точной для анализа затрат на двигатель мощностью 3000 л. с. Вы не сказали... каков ваш бюджет на эту вещь? Вы делаете только один двигатель или целую партию? Если вы сможете уместить эту штуку в коробку размером, скажем, 20 x 20 x 30 дюймов, то, думаю, у вас будет отличный рынок сбыта. Опять же, здорово. Да... и не забудьте, что нам всем понадобится полный анализ размеров, чтобы знать, насколько жёсткие допуски у ВСЕХ деталей в системе. Без этого мы не сможем оценить объём работ.
На самом деле, если посмотреть на этот список, то выбор объёма двигателя и количества цилиндров кажется не таким уж важным. Неужели вы действительно хотите начать с этого? Думаю, всё в порядке, это ваш проект.
Дайте нам знать, что из этого получится. Должен сказать, что, похоже, вам предстоит решить сразу много задач. Удачи вам. Если вам нужна помощь, я готов помочь. Я почти 30 лет проработал инженером-конструктором в автомобильной промышленности (а также на других должностях) в компании из Детройта. Мой адрес электронной почты указан в профиле.