V型内燃机典型工况受力分析

所谓内燃机的典型工况，是指发动机在正常工作条件下平稳工作时所受的载荷。本书以某V型6缸柴油机为参考进行研究。该机型的缸径为150 mm，气缸中心夹角θV=90°，在额定转速2 200 r/min下的峰值爆发压力Pgas，max=11.8 MPa。该机型的主要参数如表7.1所示。机体隔板与主轴承盖所受的主要载荷如图7.1所示，主要有气体作用力Fgas、螺栓预紧力Fbolt以及主轴承载荷Fbearing。对于该机型，主轴承载荷的最大值出现在与垂直方向呈约45°的方向。各缸气体作用力的时间历程可通过气缸压力测试试验获得，其时间历程如图7.2所示。应用多体动力学分析可获得主轴承载荷在典型工作循环中的时间历程。由于主轴承载荷的方向和大小时刻发生变化，为直观地描述其变化特性，将其投影到图7.1所示的直角坐标系中，如图7.3所示。其中气缸和隔板的编号如图7.4所示。

表7.1　某V型发动机的主要参数

图7.1　机体隔板与主轴承盖的装配体所受的主要载荷

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图7.2　工作循环内各气缸所受的气体作用力的时间历程

图7.3　工作循环内各主轴承载荷分量的时间历程

图7.4　机体结构及各部分编号

从图7.3中可发现，各主轴承载荷曲线大致存在4个峰值，其余时刻的载荷水平较低。结合图7.2的气体作用力曲线的峰值位置，可见某主轴承载荷的峰值位置大致与该主轴承所在隔板的相邻气缸气体爆发压力的最大位置相同。根据圣维南原理，与主轴承相邻的气缸的气体作用力对该主轴承上的轴承载荷的影响最大。该现象在第2、第3主轴承上最为明显。第2主轴承的峰值载荷分别由第1、第2、第3和第4缸气体爆发所致；第3主轴承的峰值载荷分别由第3、第4、第5和第6缸气体爆发所致。