Основы теории автомобильных двигателей


2.1.1. Основы теории, показатели и характеристики автомобильных двигателей

[1], с.95…108

Термодинамические циклы с подводом теплоты при постоянном объеме, постоянном давлении и смешанный цикл. Сравнение показателей циклов при различных способах подвода теплоты и различных ограничивающих условиях.

Действительные циклы 4- тактных ДВС: цикл двигателей с зажиганием от искры, цикл дизеля, понятие о цикле газодизеля.

Действительные циклы 2- тактных ДВС. Теоретические циклы.

Рабочие тела и их свойства

Понятие о рабочих телах, применяемых в ДВС. Состав и основные свойства жидких и газообразных топлив, используемых в ДВС. Химические реакции окисления компонентов топлива. Количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания топлива. Коэффициент избытка воздуха. Количество и состав горючей смеси. Теоретический состав и количество продуктов сгорания топлива при избытке и недостатке воздуха. Изменение числа молей при сгорании жидких и газообразных топлив. Теплота сгорания топлива и горючей смеси. Термодинамические свойства свежего заряда и продуктов сгорания, их зависимость от состава смеси и от температуры. Основные сведения об альтернативных топливах для автомобильных ДВС (газоконденсаты, спирты, эфиры, водород и т.д.).

Процессы газообмена

Назначение процессов газообмена. Периоды и условия протекания процессов газообмена в 4- тактных двигателях. Влияние гидравлических сопротивлений и колебательных процессов в системах впуска и выпуска на эффективность очистки и наполнения цилиндров. Подогрев заряда. Фазы газораспределения. Образование направленного вихревого движения заряда в цилиндре в процессе впуска. Особенности процессов газообмена при наддуве. Параметры рабочего тела в системе впуска и на входе в систему выпуска. Определение давления в цилиндре в конце впуска. Коэффициент остаточных газов. Температура в конце процесса впуска. Коэффициент наполнения.

Конструктивные факторы, влияющие на коэффициент наполнения. Влияние скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя на коэффициент наполнения.

Практические значения параметров процесса газообмена. Влияние технического состояния систем и механизмов двигателя, а также их эксплуатационных регулировок на процессы газообмена.

Процесс сжатия

Цели осуществления процесса сжатия. Теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра в процессе сжатия. Показатель политропы сжатия; его изменение в процессе сжатия и среднее значение; влияние основных конструктивных и режимных факторов, а также технического состояния двигателя.

Образование и трансформация направленного движения заряда в процессе сжатия. Особенности процесса сжатия в дизелях с разделенными камерами сгорания. Факторы, обусловливающие величину степени сжатия; ее связь с качеством топлива. Влияние степени сжатия на пусковые свойства двигателя. Влияние технического состояния двигателя на процесс сжатия.

Термодинамический расчет параметров рабочего тела в конце сжатия и их значение для различных типов двигателей.

Процесс расширения

Особенности процесса расширения в действительном цикле. Теплоотдача в стенки и догорание топлива. Показатель политропы расширения и влияние на его величину основных конструктивных, эксплуатационных и режимных факторов.

Термодинамический расчет давления и температуры рабочего тела в конце расширения; их практические значения.

studfiles.net

Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля

Содержание:

Введение

ЧАСТЬ I ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙГлава 1. Основы технической термодинамики1.1. Понятие о термодинамическом процессе1.2. Второй закон термодинамики

Глава 2. Теоретические циклы ДВС

2.1. Классификация тепловых двигателей2.2. Принцип работы ДВС2.3. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме2.4. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении2.5. Цикл со смешанным подполом теплоты2.6. Сравнение различных циклов ДВС

Глава 3. Действительные циклы ДВС

3.1. Отличие действительных циклов четырехтактных двигателей от теоретических3.2. Процессы газообменаокружающей среды3.3. Процесс сжатия3.4. Процесс сгорания3.5. Процесс расширения

Глава 4. Энергетические и экономические показатели работы ДВС

4.1. Действительная индикаторная диаграмма4.2. Индикаторные показатели4.3. Механические потери4.4. Эффективные показатели

Глава 5. Тепловой баланс двигателя

5.1. Уравнение теплового баланса5.2. Влияние различных факторов на тепловой баланс двигателя

Глава 6. Гидродинамика

6.1. Физические свойства жидкости6.2. Поток жидкости и его параметры6.3. Основные законы гидродинамики6.4. Истечение жидкости из малых отверстий и насадок

Глава 7. Карбюрация и карбюраторы

7.1. Требования, предъявляемые к карбюратору7.2. Элементарный карбюратор7.3. Течение воздуха по впускному тракту7.4. Истечение топлива из жиклера7.5. Характеристики элементарного и идеального карбюраторов7.6. Главная дозируюшая система7.7. Вспомогательные устройства

Глава 8. Смесеобразование в дизеле

8.1. Классификация камер сгорания8.2. Способы смесеобразования8.3. Распыление топлива8.4. Образование горючей смеси и воспламенение топлива

Глава 9. Испытания двигателей

9.1. Вилы испытаний и их назначение9.2. Испытательные стенды9.4. Требования техники безопасности при проведении испытаний

Глава 10. Характеристики ДВС

10.1. Общие сведения10.2. Нагрузочная характеристика10.3. Скоростные характеристики10.4. Регулировочные характеристики

Глава 11. Кинематика кривошипно-шатунного механизма

11.1. Типы КШМ11.2. Кинематика центрального КШМ11.3. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Глава 12. Динамика КШМ

12.1. Силы давления газов12.2. Силы инерции12.3. Суммарные силы, действующие в КШМ12.4. Порядок работы цилиндров двигателя в зависимости от расположения кривошипов и числа цилиндров

Глава 13. Уравновешивание двигателей

13.1. Силы и моменты, вызывающие неуравновешенность двигателя13.2. Уравновешивание одноцилиндрового двигателя13.3. Уравновешивание четырехцилиндрового рядного двигателя13.4. Уравновешивание шести- и восьмицилиндровых двигателей13.5. Балансировка коленчатого вала13.6. Крутильные колебания коленчатого вала

ЧАСТЬ II ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ

Глава 1. Эксплуатационные свойства автомобиля1.1. Требования, предъявляемые к конструкции автомобиля1.2. Определения эксплуатационных свойств автомобиля

Глава 2. Силы, действующие на автомобиль при движении

2.1. Скоростная характеристика двигателя2.2. Тяговая характеристика2.3. Силы и моменты, действующие на ведущие колеса2.4. Силы, действующие на автомобиль при прямолинейном движении2.5. Нормальная реакция дороги2.6. Уравнение движения автомобиля

Глава 3. Тяговая динамичность автомобиля

3.1. Силовой и мощностной балансы автомобиля3.2. Динамическая характеристика автомобиля3.3. Динамический паспорт автомобиля3.4. Разгон автомобиля3.5. Динамическое преодоление подъемов3.6. Движение автомобиля накатом3.7. Влияние конструктивных факторов на тяговую динамичность автомобиля3.8. Тяговые показатели автопоездов

Глава 4. Тяговые испытания автомобиля

4.1. Испытания автомобиля на динамичность. Вилы, методы и условия испытаний4.2. Аппаратура для дорожных испытаний автомобиля на динамичность4.3. Стенды для испытания автомобиля на динамичность

Глава 5. Тормозная динамичность автомобиля

5.1. Безопасность движения и тормозной момент5.2. Тормозная сила и уравнение движения автомобиля при торможении5.3. Показатели тормозной динамичности автомобиля5.4. Распределение тормозной силы между мостами автомобиля5.5. Способы торможения автомобиля5.6. Особенности торможения автопоезда5.7. Дорожно-транспортная экспертиза5.8. Определение показателей тормозной динамичности автомобиля

Глава 6. Топливная экономичность автомобиля

6.1. Показатели топливной экономичности6.2. Топливно-экономические характеристики автомобиля6.3. Факторы, влияющие на топливную экономичность автомобиля6.4. Топливная экономичность автопоезда6.5. Нормы расхода топлива

Глава 7. Устойчивость автомобиля

7.1. Поперечная устойчивость автомобиля7.2. Продольная устойчивость автомобиля

Глава 8. Управляемость автомобиля

8.1. Критическая скорость по условиям управляемости8.2. Увод колеса и поворачиваемость автомобиля8.3. Соотношение углов поворота управляемых колес8.4. Колебания управляемых колес8.5. Стабилизация управляемых колес

Глава 9. Проходимость автомобиля

9.1. Геометрические факторы проходимости9.2. Тяговые и опорно-сцепные показатели проходимости9.3. Конструктивные факторы проходимости автомобиля9.4. Способы увеличения проходимости автомобиля

Глава 10. Плавность хода автомобиля

10.1. Влияние вибрации на человека10.2. Показатели плавности хода10.3. Плавность хода автомобиля10.4. Способы повышения плавности хода автомобиля

Список литературы

bookskeeper.ru

Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля

  • Классификация двигателей В качестве силовой установки на автомобиле используется тепловой двигатель. Тепловые двигатели делятся: по способу подвода теплоты к рабочему телу. • двигатели внутреннего сгорания (ДВС); • двигатели с внешним подводом теплоты; по конструкции: • поршневые...

    (Устройство автомобилей)

  • Для проведения грамотного технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта специалист должен знать не только его устройство, но и разбираться в тех процессах, что происходят при его эксплуатации. Необходимо знать и понимать физические и химические процессы, происходящие в двигателе при его...

    (Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта. Введение в специальность)

  • THE FORCING OF AUTOMOBILE ENGINES Ключевые слова: двигатель, мощность, форсирование, плотность заряда. Keywords: The engine, power, to force, charge density. Одним из путей форсирования двигателей является повышение плотности свежего заряда. Плотность заряда можно увеличить путём наддува, путём добавления...

    (Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования, 2015, том 2, вып. 1 (2))

  • SIMULATION OF FAULTS IN AUTOMOTIVE ENGINES Ключевые слова: имитационное моделирование, диагностика, автомобильный двигатель, неисправность. Keywords: simulation modeling, diagnostic, automotive engine, defect. Современный этап теоретических исследований в автомобилестроении характеризуется широким использованием...

    (Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования, 2015, том 2, вып. 2 (3))

  • DOI: 10Л2737/15530 Аннотация. Рассматриваются достоинства природного газа и применение газового двигателя в автомобилях, производимых в РФ. Ключевые слова: газ, экология, автомобиль, газовый двигатель. 90% загрязнения атмосферы приходится на долю транспортных средств. Перевод транспорта...

    ()

  • ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ Понятие о термодинамическом процессе Рабочее тело и параметры его состояния Всякая тепловая машина приводится в действие вследствие происходящего в ней изменения состояния вещества, называемого рабочим телом или рабочим агентом. Совокупность тел,...

    (Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля)

  • Одним из важнейших факторов, снижающих эффективность работы автомобилей, является большое количество времени, затрачиваемое на их подготовку к выпуску на линию в условиях их безгаражного хранения. В настоящее время даже в суровых климатических условиях от 30 до 50 % парка грузовых автомобилей хранится...

    (Техническое обслуживание автомобилей)

  • Испытания на ЭМС автомобиля и автомобильной бытовой радиоаппаратуры согласно ГОСТ 28279—89 «Совместимость электромагнитная электрооборудования автомобильной радиоэлектронной аппаратуры. Нормы и методы измерений» проводят путем измерения радиопомех, создаваемых электрооборудованием автомобиля, в местах...

    (Испытания автомобильной электроники)

  • Использование масла в карбюраторных двигателях предопределяет повышенные требования к способности нефтепродукта предотвращать образование нагара и лака в зоне цилиндропоршневой группы, шлама в низкотемпературной зоне двигателя, а также к его антиокислительным свойствам. Для карбюраторных двигателей используются...

    (Химия и контроль качества эксплуатационных продуктов)

  • Основные положения системного проектирования устройств охлаждения двигателей тракторов и автомобилей Оценочные критерии на этапе проектирования Системы охлаждения двигателей тракторов и автомобилей относятся к техническим устройствам, обеспечивающим безотказную работу мобильных машин в...

    (Системы охлаждения тракторных и автомобильных двигателей. Конструкция, теория, проектирование)

studref.com

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕОРИИ АВТОМОБИЛЯ И ДВИГАТЕЛЯ

Теория автомобиля предполагает изучение его эксплуатационно-технических качеств: динамичности, емкости, надежности, экономичности, управляемости, устойчивости, проходимости и некоторых других.

Динамичность - это способность автомобиля перевозить груз с наибольшей средней скоростью. Емкость измеряется грузоподъемностью и пассажировместимостью. Надежность - способность автомобиля к длительной эксплуатации без поломок и значительного износа деталей. Экономичность определяется качеством потребляемого топлива и его расходом на 100 км пробега. Управляемость - это способность изменять направление движения при повороте управляемых колес; она оценивается также количеством работы, затрачиваемой водителем при управлении автомобилем. Устойчивость определяется способностью автомобиля двигаться по заданному направлению без опрокидывания или заноса. Проходимость оценивается способностью продолжать движение в трудных дорожных условиях.

Все эти эксплуатационные качества дают возможность производить сравнительную оценку различных моделей автомобилей. Наиболее важными качествами автомобиля являются динамические.

При движении на автомобиль могут действовать силы: тяговое усилие ведущих колес, сила сопротивления качению, сопротивления воздуха, сила сопротивления подъему и сопротивления разгону.

Силой тяги (тяговым усилием) называется сила реакции дороги; она зависит от крутящего момента, развиваемого двигателем, передаточного числа главной передачи и ее механического коэффициента полезного действия.

При движении автомобиля между шинами и дорогой создается трение, которое препятствует качению. Сопротивление качению оценивается коэффициентом сопротивления качению. Он зависит от класса дороги и вида шин. Средние значения коэффициента сопротивления качению для различных условий составляют: бетонные или асфальтобетонные покрытия - 0,012 - 0,015; асфальт - 0,020 - 0,025; грунтовая дорога - 0,023 - 0,030; глина, песок - 0,020 - 0,050.

Сила сопротивления воздуха зависит главным образом от скорости движения и формы автомобиля. Здесь особо важное значение имеет площадь, на которую действует встречный поток воздуха; она называется площадью лобового сопротивления. Площадь лобового сопротивления в квадратных метрах может быть приблизительно определена произведением высоты автомобиля на ширину колеи.

Сила сопротивления подъему - это часть массы автомобиля, направленная параллельно полотну дороги. Она определяется как произведение общей массы автомобиля на синус угла подъема. При движении под уклон происходит увеличение скорости, так как действие части силы массы, параллельной дороге, совпадает с тяговым усилием.

Сила сопротивления разгону представляет собой сопротивление сил инерции массы автомобиля разгону. При ускоренном движении автомобиля она направлена в сторону, противоположную действию силы тяги, а при торможении совпадает с ней по направлению.

Сила сцепления ведущих колес зависит от массы автомобиля, приходящейся на эти колеса, и, коэффициента сцепления. Сцепной вес составляет приблизительно 60 - 70% общей массы автомобиля. Величина коэффициента сцепления зависит от дорожного покрытия и его состояния. Средние значения коэффициентов сцепления для различных типов дорог приведены в табл. 1.

Таблица 1. СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ СЦЕПЛЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ ДОРОГАХ

Пробуксовка ведущих колес имеет место при плохом их сцеплении с дорогой. Это явление бывает, в том случае, когда тяговое усилие не обеспечивается сцеплением, т. е. когда окружное усилие ведущих колее больше, чем сила сцепления колес с дорогой. Поэтому для движения автомобиля необходимо, чтобы тяговое усилие было больше всех сил сопротивления движению и меньше силы сцепления ведущих колес с дорогой.

Теория двигателя. Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется крайнее верхнее положение поршня в цилиндре (рис. 1), нижней мертвой точкой (НМТ) - крайнее нижнее положение поршня.

Рис. 1. Схема кривошипно-шатунного механизма

Ходом поршня S называется расстояние между нижней и верхней мертвыми точками; он равен удвоенному радиусу, кривошипа, если оси цилиндров и коленчатого вала находятся в одной плоскости.

Камерой сгорания Vc называется пространство над поршнем, когда он находится в ВМТ. Пространство цилиндра между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра и обозначается Vh. Полный объем цилиндра V находится над поршнем при его положении в НМТ и равен сумме объема камеры сгорания и рабочего объема:

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью, сжатия ε;

Рабочий объем двигателя равен сумме рабочие объемов всех цилиндров. Взятый в кубических дециметрах (литрах), он выражает литраж двигателя. Рабочий объем одного цилиндра определяется по формуле

Например, для двигателя ВАЗ-2103 диаметр поршня равен 76, а ход поршня - 80 мм. Тогда

Рабочий объем двигателя, или литраж, равен, 362,73 4= 1,45 л. Зная степень сжатия и рабочий объем цилиндра, можно рассчитать объем камеры сгорания. ВАЗ-2103 имеет степень сжатия 8,8; тогда из формулы

находим, что

а полный объем цилиндра

Во время работы двигателя в цилиндрах осуществляется рабочий процесс, который состоит из повторяющихся периодов: впуска, сжатия, воспламенения, сгорания и выпуска. Совокупность этих периодов называют циклом работы двигателя. В четырехтактных двигателях легковых автомобилей рабочий процесс осуществляется за два оборота коленчатого вала.

Впуск. В этот период цилиндр наполняется смесью топлива с воздухом. В карбюраторных двигателях образование горючей смеси происходит в карбюраторе. В цилиндры из карбюратора поступает топливовоздушная смесь, состоящая примерно из одной части топлива на 15 частей воздуха.

В зависимости от весового количества рабочей смеси, поступающей в цилиндр, соответственно изменяется величина мощности, развиваемой двигателем. В цилиндр максимально может поступить рабочей смеси в количестве, равном полному его объему при давлении и температуре окружающего воздуха. Однако в цилиндр поступает меньшее количество смеси вследствие ее подогрева, наличия в камере сгорания оставшихся газов и сопротивления впускной системы.

Количество смеси, поступающей в цилиндр, характеризуется коэффициентом наполнения, который определяется как отношение массы действительного количества смеси в цилиндре к максимально возможному.

Величина коэффициента наполнения при полном открытии дроссельной заслонки колеблется от 0,75 до 0,9. На оборотах холостого хода она падает до 0,2.

Рис. 2. Фазы газораспределения двигателя BA3-2101: 1 - открытие впускного клапана; 2 - закрытие выпускного клапана; 3 - закрытие впускного клапана; 4 - открытие выпускного клапана

Сжатие. В этот период в двигателе создаются условия, при которых топливо используется наиболее эффективно; давление и температура повышаются тем больше, чем выше степень сжатия. В конце сжатия в цилиндре давление возрастает до 6 - 10 кгс/см2, а температура смеси доходит до 350 - 450° С. При износе цилиндров, поршневых колец и клапанов давление сжатия понижается, что приводит к уменьшению мощности и экономичности, двигателя.

Сгорание. В карбюраторных двигателях этот период можно разделить на три этапа. Первый начинается с момента появления искры в свечах. Здесь не происходит повышения давления и температуры газов в цилиндре, но образуется очаг пламени. На втором этапе фронт пламени распространяется по всему заряду рабочей смеси - температура и давление значительно повышаются. На третьем этапе происходит окончание распространения пламени, сгорание и догорание уже воспламененной смеси.

Время первого этапа горения зависит от состава рабочей смеси ее температуры и давления в момент зажигания. Для того чтобы пламя распространилось по всему заряду смеси к моменту нахождения поршня в ВМТ, зажигание должно происходить раньше, с расчетом, чтобы первый период заканчивался в момент прихода поршня в ВМТ, т. е. должно быть опережение зажигания.

Опережение зажигания измеряется углом поворота коленчатого вала, который определяет положение поршня до ВМТ, в момент начала зажигания. Угол опережения начала зажигания устанавливается в зависимости от оборотов коленчатого вала и нагрузки двигателя.

Важнейшим фактором, определяющим мощность двигателя и его топливную экономичность, является скорость сгорания рабочей смеси. При нормально работающем двигателе скорость сгорания равна 20 - 30 м/с. Иногда сгорание может происходить со скоростью распространения фронта пламени более 2000 м/с, Это явление называют взрывным, или детонационным горением. Внешними признаками детонации являются: перегрев двигателя и падение мощности, неустойчивая его работа, выхлоп черного дыма или искр, резкие металлические стуки в цилиндрах. Детонация возникает чаще всего в момент окончания горения рабочей смеси.

Выпуск отработавших газов подразделяется на три периода. В первый период выпуск газов происходит из-за перепада давления внутри цилиндра и выпускного коллектора, так как выхлопной клапан открывается до прихода поршня в НМТ. Во втором периоде газы выталкиваются при движении поршня к ВМТ. В третий период газы выходят по инерции, так как закрытие выпускного клапана происходит после прихода поршня в ВМТ.

Фазы газораспределения. Это моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. На рис. 2 изображена диаграмма фаз газораспределения двигателя ВАЗ-2101. Из нее видно, что открытие впускного клапана происходит за 12° до прихода поршня в ВМТ. При этом клапан к началу впуска немного приоткрыт.

Закрытие впускного клапана начинается тогда, когда поршень переходит НМТ и. движется к ВМТ, т. е. с запаздыванием. У двигателя ВАЗ-2101 это происходит, когда коленчатый вал повернется на 40° после НМТ.

Выпускной клапан открывается с опережением, когда поршень не дошел до НМТ на 42°. Закрывается он с запаздыванием, когда поршень пройдет ВМТ на 10° поворота коленчатого вала.

Из рис. 2 видно, что в момент окончания выпуска и начала впуска на 22° угла поворота коленчатого вала открыты оба клапана. Этот угол называется углом перекрытия клапанов.

Таблица 2. СУММА СБОРА С ВЛАДЕЛЬЦЕВ АВТОМОБИЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ НАЛОГОВОЙ МОЩНОСТИ

Примечание. За автомобили, приобретенные во втором полугодии, взимается плата в половинной сумме.

Налоговая мощность двигателя. Каждый владелец автомобиля платит налог за транспортное средство, сумма которого устанавливается по налоговой мощности двигателя (табл. 2), Налоговая мощность является условной и зависит только от величины рабочего объема цилиндра двигателя. Она рассчитывается по формуле

где D - диаметр цилиндра, см;

S - ход поршня, мм;

i - число цилиндров двигателя.

Если известен рабочий объем двигателя, можно пользоваться формулой

Тепловой баланс двигателя. Не вся тепловая энергия, выделяемая при сгорании топлива, используется в двигателе для выполнения полезной работы, Происходит распределение количества теплоты на полезную работу и на различные потери - это и составляет тепловой баланс двигателя.

Примерный тепловой баланс двигателя следующий: все тепло, выделенное при сгорании топлива, - 100% расходуется на полезную работу - 22% потери тепла с охлаждающей жидкостью - 32% потери тепла с отработавшими газами - 40% потери тепла на трение и другие потери - 6%.

Тепло, превращенное в полезную работу, есть эффективный кпд двигателя.

Кроме налоговой мощности и теплового баланса двигатели характеризуются также средним индикаторным давлением и индикаторной мощностью, эффективной мощностью, крутящим моментом, эффективным удельным расходом топлива и эффективным кпд, литровой мощностью, скоростной характеристикой по нагрузке. С этими характеристиками двигателя можно познакомиться в специальной литературе.

Совершенствование конструкций двигателей в настоящее время идет по пути повышения литровой мощности, улучшения топливной экономичности, уменьшения габаритных размеров, снижения удельной массы и увеличения моторесурса.

Разрабатываются и производятся перспективные двигатели с турбонаддувом, газотурбинные, непосредственным впрыском легкого топлива И принудительным воспламенением, с факельным зажиганием, роторно-поршневые, многотопливные и другие.

motorzlib.ru

В помощь будущему автомеханику - Основы теории ДВС

Понедельник, 09.09.2019, 06:39Приветствую Вас Гость | RSS
Главная | Регистрация | Вход

ТО и ремонт автомобилей Узнай всё про автомобиль

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДВС

 Основы технической термодинамики

 Понятие о термодинамическом процессе 

                Рабочее тело и параметры его состояния 

               Законы идеальных газов

               Уравнение состояния идеальных газов

Второй закон термодинамики

               Физическая основа второго закона термодинамики

                Цикл теплового двигателя

                Цикл Карно

               Идеальный цикл компрессора

 Теоретические циклы ДВС

Классификация тепловых двигателей  

Принцип работы ДВС

Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме

               Параметры характерных точек

               Определение внешней теплоты и работы цикла

               Термический КПД цикла

Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении

Цикл со смешанным подводом теплоты

Сравнение различных циклов ДВС

 Действительные циклы ДВС

Отличие действительных циклов четырехтактных двигателей от теоретических

               Индикаторная диаграмма

Процессы газообмена

                 Влияние фаз газораспределения на процессы газообмена

                Параметры процесса газообмена

                Уравнение коэффициента наполнения

                Факторы, влияющие на процессы газообмена

               Токсичность отработавших газов и пути предотвращения загрязнения окружающей среды

Процесс сжатия

                 Параметры процесса сжатия

Процесс сгорания

                Скорость сгорания

                Химические реакции при сгорании

                Процесс сгорания в карбюраторном двигателе

                Факторы, влияющие на процесс сгорания в карбюраторном двигателе

                Детонация

                Процесс сгорания топливной смеси в дизеле

                Жесткая работа дизеля

Процесс расширения

               Назначение и протекание процесса расширения

               Параметры процесса расширения  

Энергетические и экономические показатели работы ДВС

Действительная индикаторная диаграмма

Индикаторные показатели

             Среднее индикаторное давление

             Индикаторная мощность

             Индикаторный КПД

Механические потери

Эффективные показатели

               Среднее эффективное давление и эффективная мощность

               Механический и эффективный КПД двигателя

              Удельный эффективный расход топлива

              Литровая мощность

              Способы повышения мощности двигателя  

Тепловой баланс двигателя

Уравнение теплового баланса

Влияние различных факторов на тепловой баланс двигателя

 Гидродинамика

Физические свойства жидкости

Поток жидкости и его параметры

Основные законы гидродинамики

                Уравнение неразрывности потока

               Уравнение Бернулли

Истечение жидкости из малых отверстий и насадок

               Истечение жидкости из малых отверстий

               Истечение жидкости из насадок

 Карбюрация и карбюраторы

Требования, предъявляемые к карбюратору

Элементарный карбюратор

Течение воздуха по впускному тракту

Истечение топлива из жиклера

Характеристики элементарного и идеального карбюраторов

                Характеристика элементарного карбюратора

                Характеристика идеального карбюратора

Главная дозирующая система

Вспомогательные устройства

 Смесеобразование в дизеле

Классификация камер сгорания

Способы смесеобразования

                Объемный способ смесеобразования

                Пленочный и объемно-пленочный способы смесеобразования

                Сравнительная оценка различных способов смесеобразования

Распыление топлива

Образование горючей смеси и воспламенение топлива

Испытания двигателей

Виды испытаний и их назначение

Испытательные стенды

                 Тормозные устройства и динамометры

                 Приборы для измерения частоты вращения коленчатого вала

                 Приборы для измерения давления

                 Приборы для измерения температуры

                 Приборы и устройства для измерения расхода воздуха

                 Приборы и устройства для определения расхода топлива

                 Прибор для определения угла опережения зажигания

                 Индикаторы

Требования техники безопасности при проведении испытаний

 Характеристики ДВС

Общие сведения

Нагрузочная характеристика

                   Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя

                 Нагрузочная характеристика дизельного двигателя

Скоростные характеристики

                  Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя

                 Внешняя скоростная характеристика дизеля

                 Приемистость и самоприспособляемость двигателей

                 Частичные скоростные характеристики

                 Характеристики холостого хода

Регулировочные характеристики

                 Регулировочная характеристика по составу смеси

                 Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания

 Кинематика кривошипно-шатунного механизма

Типы КШМ

Кинематика центрального КШМ

                  Перемещение поршня

                 Скорость поршня

                 Ускорение поршня

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

 Динамика КШМ

Силы давления газов

Силы инерции

                  Приведение масс деталей КШМ

                  Определение сил инерции

Суммарные силы, действующие в КШМ

                 Силы, действующие на шейки коленчатого вала

                 Аналитическое и графическое представление сил и моментов

Порядок работы цилиндров двигателя в зависимости от расположения кривошипов и числа цилиндров

 Уравновешивание двигателей

Силы и моменты, вызывающие неуравновешенность двигателя

                    Условия уравновешенности

                    Способы уравновешивания

Уравновешивание одноцилиндрового двигателя

Уравновешивание четырехцилиндрового рядного двигателя

Уравновешивание шести- и восьмицилиндровых двигателей

                     Уравновешивание четырехтактного однорядного шестицилиндрового двигателя

                    Уравновешивание четырехтактного V-образного шестицилиндрового двигателя с углом развала 90°

                   Уравновешивание четырехтактного V-образного восьмицилиндрового двигателя

Балансировка коленчатого вала

Крутильные колебания коленчатого вала

                     Гасители крутильных колебаний 

avtomehi.ru

Основы теории и конструирования автомобильных двигателей

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

Для дизельного двигателя выбирается дизельное топливо: марки Л - при работе в летних условиях (температура окружающего воздуха 0 °С и выше), марки 3 - при работе в зимних условиях (температура окружающего воздуха до -30 °С).

Низшая теплота сгорания жидкого топлива, кДж/кг:

(1.1)

где С, H и О - массовые доли углерода, водорода и кислорода в 1 кг топлива.

C=0,870 кг

H=0,126 кг

O=0,004 кг

кДж/кг

1.2 Определение параметров рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива:

(1.2)

где , кмоль возд./ кг топл.; , кмоль возд./ кг топл.

Количество свежего заряда:

(1.3)

где - коэффициент избытка воздуха;

кмоль св. зар./ кг топл.

При полном сгорании топлива (б ? 1) в состав продуктов сгорания входят: углекислый газ, водяной пар, избыточный кислород, азот.

углекислого газа:

(1.4)

кмоль / кг топл.

водяного пара:

(1.5)

кмоль / кг топл.

кислорода

кмоль / кг топл (1.6)

азота:

(1.7)

кмоль / кг топл.

Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива:

(1.8)

кмоль пр.сг./ кг топл.

1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

При работе двигателя без наддува давление и температура окружающей среды:

МПа; К

Перед началом процесса впуска в цилиндре двигателя содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме камеры сгорания.

Давление остаточных газов:

Принимаем:

МПа

Температура остаточных газов:

Принимаем:

1.4 Расчет параметров процесса впуска

В действительном цикле двигателя процессы впуска (наполнения) и выпуска протекают при непрерывном изменении давления по углу поворота коленчатого вала, причем начало и конец процессов не совпадают с в.м.т. и н.м.т. соответственно (н.м.т. и в.м.т. для выпуска).

При проведения расчетов для простоты принимается, что процесс впуска осуществляется от точки r до точки а индикаторной диаграммы при мгновенном изменении давления в в.м.т. и дальнейшем его постоянстве.

Основными параметрами, характеризующими процесс впуска, являются: давление и температура заряда в конце впуска - начале сжатия, коэффициент остаточных газов , коэффициент наполнения .

Давление газов в цилиндре определяется по формуле, МПа:

(1.9)

где, - потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре;

- при отсутствии наддува двигателя (здесь и далее).

Величина с учетом некоторых допущений определяется из уравнения Бернулли, МПа:

(1.10)

где, - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

- коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению;

- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или продувочных окнах), м/с;

- плотность заряда на впуске (при отсутствии наддува ), кг/м3.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме:

;

Плотность заряда на впуске при отсутствии наддува:

(1.11)

где, = 287 Дж/(кгград) - удельная газовая постоянная воздуха.

МПа

МПа

Коэффициент остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания; с его ростом уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска:

(1.12)

где, - температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками впускного трубопровода и цилиндра;

- степень сжатия;

- при отсутствии наддува двигателя (здесь и далее)

Температура подогрева свежего заряда принимается в зависимости от типа двигателя:

Принимаем:

Температура заряда в конце процесса впуска:

(1.13)

К

Коэффициент наполнения характеризует степень совершенства процесса впуска и зависит от ряда конструктивных, регулировочных и режимных параметров двигателя.

Без учета продувки и дозарядки четырехтактного двигателя:

(1.14)

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

Рассматриваемый процесс характеризуется давлением и температурой рабочего тела в конце сжатия, показателем политропы сжатия .

Процессы сжатия и расширения действительного цикла осуществляется по сложным законам, которые условно рассматриваются как политропные с переменным показателем.

На практике для упрощения расчетов переменный показатель политропы сжатия заменяют некоторой средней величиной .

По опытным данным при жидкостном охлаждении величина показателя политропы для дизелей без наддува с охлаждаемыми поршнями:

Давление и температура конца процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем :

(1.15)

МПа

(1.16)

К

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры , давления и объема в конце видимого сгорания.

Для упрощения термодинамических расчетов автотракторных ДВС принимают, что процесс сгорания в дизелях происходит при постоянном объеме и при постоянном давлении, т.е. по циклу со смешанным подводом теплоты.

Температура определяется путем решения уравнения сгорания, которое имеет вид:

(1.17)

где - коэффициент использования теплоты;

- теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см;

- средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, кДж/кмоль град;

- средняя мольная теплоемкость продукта сгорания при постоянном объеме , кДж/кмоль град;

- действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси;

По опытным данным значения коэффициента для быстроходных дизелей с неразделенными камерами сгорания при их работе на номинальном режиме:

Принимаем:

Меньшие значения коэффициента использования теплоты характерны для двигателей с несовершенным смесеобразованием.

Теплота сгорания рабочей смеси при , кДж/кмоль раб.см:

(1.18)

Средняя мольная теплоемкость свежего заряда кДж/кмоль град:

(1.19)

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(1.20)

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

(1.21)

Степень повышения давления для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием:

Принимаем:

Уравнение сгорания (1.17) после подстановки в них числовых значений всех известных параметров и последующих преобразований принимают вид уравнений второго порядка относительно :

где , A,B и C - численные значения известных величин, откуда

K

Определение давления в конце видимого сгорания зависит от характера цикла. Так для дизелей (подвод теплоты осуществляется как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении) теоретическое давление, :

(1.22)

МПа

Действительное давление:

(1.23)

МПа

Степень предварительного расширения

(1.24)

Объем, освобождаемый поршнем в процессе предварительного расширения:

1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска

При расчете процесса расширения и выпуска необходимо определить давление и температуру рабочего тела в конце расширения, показатель политропы расширения , а также проверить точность выбора величин параметров остаточных газов.

Для упрощения расчетов принимаю, что процесс расширения является политропным с постоянным показателем , а процесс выпуска осуществляется от точки до точки индикаторной диаграммы при мгновенном изменении давления в н.м.т. (с последующим ориентировочным скруглением) и дальнейшем его постоянстве.

По опытным данным среднее значение величины при номинальной нагрузке для дизелей:

Принимаем:

Давление и температура конца процесса расширения:

(1.25)

(1.26)

- степень последующего расширения (1.27)

МПа

К

Правильность предварительного выбора температуры остаточных газов проверяется с помощью выражения:

(1.28)

Т.к. погрешность менее 10%, значит температура остаточных газов выбрана верно.

1.8 Определение индикаторных показателей двигателя

Индикаторные показатели характеризуют рабочий цикл двигателя. К ним относятся: среднее индикаторное давление , индикаторная мощность , индикаторный КПД , индикаторный удельный расход топлива .

Теоретическое среднее индикаторное давление, МПа:

(1.29)

МПа

Действительное среднее индикаторное давление:

(1.30)

где - коэффициент полноты диаграммы, который для дизелей принимается равным:

Принимаем:

МПа

Индикаторный КПД двигателей, работающих на жидком топливе:

(1.31)

Индикаторный удельный расход жидкого топлива, г/(кВт ч):

(1.32)

г/(кВт ч)

1.9 Определение эффективных показателей двигателя

Эффективные показатели характеризуют работу двигателя в целом, т.к. кроме тепловых потерь рабочего цикла учитывают потери на преодоление различных механических сопротивлений и на совершенствование процессов впуска и выпуска. К эффективным показателям относятся: эффективная мощность , среднее эффективное давление , эффективный КПД двигателя , эффективный удельный расход топлива .

Потери на преодоление различных сопротивлений оценивают величиной мощности механических потерь или среднего давления механических потерь .

При проведение дополнительных расчетов двигателей величина приближенно определяется в зависимости от средней скорости поршня по эмпирической формуле вида:

(1.33)

где , выражено в м/с;

a,b - коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально .

МПа

(МПа c)/м

Средняя скорость поршня, м/с:

(1.34)

где S - ход поршня, мм;

n - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1.

Величина S принимается равной величине хода поршня двигателя, выбранного в качестве прототипа.

м/с

Среднее эффективное давление, МПа:

(1.35)

где , - потери давления на привод нагнетателя.

МПа

Механический КПД () представляет собой отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

(1.36)

Эффективный КПД двигателя:

(1.37)

Эффективный удельный расход жидкого топлива, г/(кВт ч):

(1.38)

г/(кВт ч)

1.10 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя

При заданных значениях эффективной мощности и коэффициента короткоходности основные конструктивные параметры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) определем в следующей последовательности.

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала, тактности и эффективному давлению определяется литраж двигателя, :

(1.39)

где, T - тактность двигателя;

выражено в кВт, - в МПа, n - .

, л

Рабочий объем одного цилиндра, л:

(1.40)

где, i - число цилиндров двигателя.

, л

Диаметр цилиндра, мм:

(1.41)

, мм

Ход поршня, мм:

(1.42)

, мм

Полученные значения D и S округлили до ближайших целых чисел. По окончательно принятым значениям D и S определяем основные параметры двигателя:

литраж двигателя (л)

(1.43)

, л

эффективная мощность (кВт)

(1.44)

, кВт

эффективный крутящий момент ()

, (1.45)

часовой расход топлива (кг/ч)

(1.46)

, кг/ч

Средняя скорость движения поршня (м/с)

, м/с

Рассчитываем погрешность:

Необходимости в пересчете параметров двигателя не возникло.

1.11 Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы ДВС производится в координатах р - V (давление - объем) или р-S (давление - ход поршня) на основании данных расчета рабочего процесса.

В начале построения на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе , который в зависимости от величины хода поршня принимаем 1:1,

Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания:

(1.47)

Для дизелей необходимо найти положение точки z, определяемое отрезком

(1.48)

При построении диаграммы масштабы давлений (Мр = 0,05 МПа в мм)

Из начала координат проводится луч ОС под углом а = 15 ° к оси абсцисс, а также лучи OD и ОЕ под определенными углами и к оси ординат, равными:

(1.49)

(1.50)

Поправка Брикса:

, (1.51)

где ;R - радиус кривошипа; - длина шатуна.

Для автомобильных и тракторных двигателей:

л=(0,23 -0,3).

л=0,25

Таблица 1.2 Ориентировочные значения углов поворота коленчатого вала, определяющих положение характерных точек действительной индикаторной диаграммы

Угол п.к.в. (точка диаграммы)

Тип двигателя - дизельный

25°

60°

20°

10°

8-12°

10°

60°

20°

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

2.1 Построение внешней скоростной характеристики

двигатель топливо сгорание шатунный

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале частот вращения коленчатого вала:

от миндо.

где - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Расчетные точки кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива определяются по следующим зависимостям через каждые 300 мин1:

(2.1)

(2.2)

где, соответственно номинальная эффективная мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности (г/кВт-ч), частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности (мин);

- соответственно эффективная мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива (г/кВт-ч), частота вращения коленчатого вала (мин) в искомой точке скоростной характеристики;

коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1 Значение эмпирических коэффициентов для расчета скоростной характеристики дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания

Эмпирический коэффициент

Значение

0,5

1,5

1,55

1,55

1,0

Точки кривых эффективного крутящего момента (Н м) и часового расхода топлива (кг/ч) определяются по формулам:

(2.3)

(2.4)

где .

Результаты вычислений заносим в таблицу 2.2

Коэффициент приспособляемости К:

(2.5)

где - эффективный крутящий момент при номинальной мощности.

Таблица 2.2--Значения точек для построения внешней скоростной характеристики

n(x)

Ne(x)

g(e)x

Me(x)

Gt(x)

300

14,39

326,25

458,28

4,69

600

35,50

281,32

565,28

9,99

900

59,66

251,92

633,38

15,03

1200

83,22

238,06

662,56

19,81

1500

102,49

239,75

652,83

24,57

1700

111,16

249,50

624,73

27,73

3. Динамический расчет КШМ двигателя

Динамический расчет проводится для номинального режима работы.

3.1 Расчет сил давления газов

Силы давления газов, действующие на площадь поршня для упрощения заменяем одной силой , направленной вдоль оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца (рисунок 3.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сила давления газов определяется для ряда углов поворота коленчатого вала, Н:

(3.1)

где , - площадь поршня (м2);

- атмосферное давление, МПа;

абсолютное и избыточное давление газов над поршнем в любой момент времени, МПа.

Величины снимаем с развернутой индикаторной диаграммы для требуемых ц и заносим в сводную табл. 3.1 динамического расчета. Соответствующие им силы рассчитываем по формуле (3.1) и также заносим в табл. 3.1. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от него - отрицательными.

Для определения сил непосредственно по развернутой индикаторной диаграмме, а также в случае, если на ее координатной сетке строим графики других сил, для этого пересчитываем масштаб диаграммы. Если кривая построена в масштабе (МПа в мм), то масштаб этой же кривой для будет

3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Для упрощения динамического расчета действительный КШМ заменяем эквивалентной системой сосредоточенных масс (рисунок 3.2), которая состоит из массы , сосредоточенной в точке А и совершающей возвратно-поступательное движение, и массы , сосредоточенной в точке В и совершающей вращательное движение:

(3.2)

где - масса поршневой группы;

_ часть массы шатунной группы, сосредоточенной в точке А (на оси поршневого пальца);

_ часть массы шатунной группы, сосредоточенной в точке B (на оси кривошипа);

_ полная масса шатунной группы;

_ часть массы кривошипа, сосредоточенной в точке B.

(3.3)

где - масса шатунной шейки с прилегающими частями щек;

_ масса средней части щеки, заключенной в контуре abcd, центр тяжести которой расположен на расстоянии от оси вращения вала.

Для большинства существующих автомобильных и тракторных двигателей:

тогда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для приближенного определения значений и используем конструктивные массы , т.е. массы, отнесенные к площади поршня.

Принимаю , , .

Площадь поршня равна:

Тогда:

3.3 Расчет сил инерции

Силы инерции, действующие в КШМ, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяются на силы инерции поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс , :

(3.4)

(3.5)

где - ускорение поршня, ;

_ угловая скорость вращения коленчатого вала для расчетного режима, .

(3.6)

Для рядного двигателя центробежная сила инерции является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна

(3.7)

и силы инерции вращающихся масс кривошипа

(3.8)

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс действуют по оси цилиндра и как силы давления газов являются положительными, если направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если направлены от него.

Центробежная сила инерции действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатого вала.

Силы , рассчитанные для требуемых положений кривошипа (углов ), заносим в таблицу 3.1.

3.4 Расчет суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы, действующие в КШМ, определяют алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс, Н:

(3.9)

Суммарная сила, как и силы и , направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца . Воздействие от силы Р передается на стенки цилиндра перпендикулярно его оси и на шатун по направлению его оси.

Сила N (Н), действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой воспринимается стенками цилиндра:

(3.10)

где - угол отклонения шатуна от оси цилиндра.

Нормальная сила считается положительной, если создаваемый ею момент относительно оси коленчатого вала направлен противоположно направлению вращения вала двигателя.

Сила , действующая вдоль шатуна, воздействует на него и далее передается кривошипу. Она считается положительной, если сжимает шатун, и отрицательной, если его растягивает:

. (3.11)

От действия силы S на шатунную шейку возникают две составляющие силы.

Сила, направленная по радиусу кривошипа (Н):

(3.12)

и тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа (Н):

. (3.13)

Рассчитанные для требуемых углов ц значения Р,N,S,К,Т заносим в табл. 3.1.

3.5 Расчет сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

Аналитически результирующая сила, действующая на шатунную шейку V-образного двигателя, учитывается действие сил со стороны только одного из двух расположенных рядом на шейке шатунов, Н:

(3.14)

где сила, действующая на шатунную шейку по кривошипу, Н.

Значения вычисленные для требуемых ц , заносим в табл. 3.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Направление результирующей силы для различных положений коленчатого вала определяется углом , заключенным между вектором и осью кривошипа.

Таблица 3.1- Результаты вычисления сил, действующих в КШМ

F, град

Pj, H

?pг, Мпа

Pг,Н

P,Н

N,Н

S,Н

K,Н

T,Н

Rшш,Н

0

-30249,84

0,025

347,15

-29902,69

0

-29902,69

-29902,69

0,00

44407,89

30

-23982,69

-0,005

-69,43

-24052,12

-3030,3

-24242,26

-19314,61

-14650,36

36856,65

60

-9074,95

-0,005

-69,43

-9144,38

-2027,9

-9366,55

-2815,96

-8933,23

19489,11

90

6049,97

-0,005

-69,43

5980,54

1544,17

6176,67

-1544,17

5980,54

17127,44

120

15124,92

-0,005

-69,43

15055,49

3338,8

15421,27

-10419,23

11369,04

27394,93

150

17932,72

-0,005

-69,43

17863,29

2250,56

18004,51

-16595,35

6982,60

31874,77

180

18149,91

-0,005

-69,43

18080,48

0

18080,48

-18080,48

0,00

32585,68

210

17932,72

0

0

17932,72

-2259,3

18074,49

-16659,85

-7009,74

31943,65

240

15124,92

0,025

347,15

15472,07

-3431,2

15847,97

-10707,53

-11683,61

27788,28

270

6049,97

0,05

694,3

6744,27

-1741,4

6965,45

-1741,36

-6744,27

17590,79

300

-9074,95

0,197

2735,542

-6339,41

1405,87

-6493,43

-1952,19

6193,03

17584,06

330

-23982,69

0,41

5693,26

-18289,43

2304,25

-18434,01

-14686,99

11140,26

31245,62

360

-30249,84

2,914

40463,8

10213,96

0

10213,96

10213,96

0,00

4291,24

370

-29517,34

8,38

116364,7

86847,34

3773,78

86929,30

84872,63

18797,33

72834,84

390

-23982,69

2,876

39936,14

15953,44

2009,95

16079,56

12811,12

9717,39

9863,95

420

-9074,95

0,86

11941,96

2867,01

635,806

2936,66

882,88

2800,80

13907,27

450

6049,97

0,387

5373,882

11423,85

2949,63

11798,50

-2949,63

11423,85

20860,86

480

15124,92

0,23

3193,78

18318,70

4062,47

18763,76

-12677,56

13833,23

30500,17

510

17932,72

0,172

2388,392

20321,11

2560,22

20481,76

-18878,71

7943,34

34315,92

540

18149,91

0,124

1721,864

19871,77

0

19871,77

-19871,77

0,00

34376,97

570

17932,72

0,077

1069,222

19001,94

-2394

19152,16

-17653,18

-7427,69

33005,03

600

15124,92

0,047

652,642

15777,56

-3498,9

16160,88

-10918,95

-11914,30

28077,36

630

6049,97

0,028

388,808

6438,78

-1662,5

6649,94

-1662,49

-6438,78

17402,64

660

-9074,95

0,025

347,15

-8727,80

1935,53

-8939,85

-2687,68

8526,27

19190,94

690

-23982,69

0,025

347,15

-23635,54

2977,8

-23822,39

-6573,17

14396,62

36448,96

720

-30249,84

0,025

347,15

-29902,69

0

-29902,69

-10653,9

0,00

44407,89

3.6 Построение графиков сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Масштабный коэффициент для кривой будет равен, :

(3.15)

Аналогичный масштабный коэффициент принимаем для кривых и .

Для графиков сил принимаем масштабный коэффициент . Для кривой масштабный коэффициент принимаем равным .

Графики изменения сил, действующих в КШМ, в зависимости от угла поворота кривошипа ц строим в прямоугольной системе координат по данным табл. 3.1

Построение графика ведется как в прямоугольной системе координат, так и в виде полярной диаграммы с базовым направлением (полярной осью) по кривошипу.

При построении графика (ц) прямоугольных координатах по расчетным данным табл. 3.1 минимальное и максимальное значения силы (а также необходимые значения в точках перегиба кривой) определяются по полярной диаграмме.

3.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки

На основании полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку

коленчатого вала производим построение диаграммы износа.

Результирующие величины заносим в таблицу (см. табл. 3.2).

Таблица 3.2 Определение суммарных сил, обуславливающих характер износа шатунной шейки

Значения для лучей

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

RШШ 0

44407,89

44407,89

0

0

0

0

0

0

0

0

44407,89

44407,89

RШШ 30

36856,65

36856,65

0

0

0

0

0

0

0

0

0,00

36856,65

RШШ 60

19489,11

19489,11

0

0

0

0

0

0

0

0

0,00

19489,11

RШШ 90

17127,44

17127,44

0

0

0

0

0

0

0

0

17127,44

17127,44

RШШ 120

27394,93

27394,93

0

0

0

0

0

0

0

0

27394,93

27394,93

RШШ 150

31874,77

31874,77

0

0

0

0

0

0

0

0

31874,77

31874,77

RШШ 180

32585,68

32585,68

32585,68

0

0

0

0

0

0

0

32585,68

32585,68

RШШ 210

31943,65

31943,65

31943,65

0

0

0

0

0

0

0

0,00

31943,65

RШШ 240

27788,28

27788,28

27788,28

0

0

0

0

0

0

0

0,00

27788,28

RШШ 270

17590,79

17590,79

17590,79

0

0

0

0

0

0

0

0,00

17590,79

RШШ 300

17584,06

17584,06

0,00

0

0

0

0

0

0

0

17584,06

17584,06

RШШ 330

31245,62

31245,62

0,00

0

0

0

0

0

0

0

31245,62

31245,62

RШШ 360

4291,24

4291,24

4291,24

0

0

0

0

0

0

0

4291,24

4291,24

RШШ 370

0

0

0

0

0

72834,84

72834,84

72834,84

72834,84

0

0

0

RШШ 390

0

0

0

0

0

0

0,00

0,00

9863,95

9863,95

9863,95

9863,95

RШШ 420

13907,27

13907,27

0

0

0

0

0

0

0

0,00

13907,27

13907,27

RШШ 450

20860,86

20860,86

0

0

0

0

0

0

0

0,00

20860,86

20860,86

RШШ 480

30500,17

30500,17

0

0

0

0

0

0

0

0,00

30500,17

30500,17

RШШ 510

34315,92

34315,92

0

0

0

0

0

0

0

0

34315,92

34315,92

RШШ 540

34376,97

34376,97

34376,97

0

0

0

0

0

0

0

34376,97

34376,97

RШШ 570

33005,03

33005,03

33005,03

0

0

0

0

0

0

0

0,00

33005,03

RШШ 600

28077,36

28077,36

28077,36

0

0

0

0

0

0

0

0

28077,36

RШШ 630

17402,64

17402,64

17402,64

0

0

0

0

0

0

0

0

17402,64

RШШ 660

19190,94

19190,94

0

0

0

0

0

0

0

0

19190,94

19190,94

RШШ 690

36448,96

36448,96

0

0

0

0

0

0

0

0

36448,96

36448,96

RШШ 720

44407,89

44407,89

44407,89

0

0

0

0

0

0

0

44407,89

44407,89

652674,12

652674,11

271469,53

0,00

0,00

72834,84

72834,84

72834,84

82698,79

9863,95

450384,56

662538,07

мм

43,5

43,5

18,1

0,0

0,0

4,9

4,9

4,9

5,5

0,7

30,0

44,2

3.8 Построение графика суммарного крутящего момента двигателя

Крутящий момент , развиваемый одним цилиндром двигателя в любой момент времени, прямо пропорционален тангенциальной силе :

(3.16)

Кривая изменения силы является также и кривой изменения , но в масштабе :

(3.17)

Кривую суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя строю графическим суммированием кривых моментов каждого цилиндра, сдвигая одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками. Длина координатной сетки равна:

(3.18)

Результирующая кривая показывает изменение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

По графику определяется среднее значение суммарного крутящего момента :

(3.19)

где - соответственно положительная и отрицательная площади, заключенные между кривой и линией OA, ;

_ масштаб графика моментов, ;

ОА - длина интервала между вспышками на диаграмме, .

По величине определяем действительный эффективный крутящий момент , снимаемый с вала двигателя, и сравниваем его значение с величиной, найденной в тепловом расчете двигателя.

(3.20)

Литература

1. Автомобильные двигатели / Под. ред. М.С. Ховаха - М.: Машиностроение, 1977. - 591с.

2. Артамонов М.Д. и др. Основы теории и конструирования автомобильных двигателей. - М.: Высш. шк., 1976. - 132 с.

3. Болтинский В.Н. Теория, конструирование и расчет тракторных и автомобильных двигателей. - М.: Сельхозиздат, 1962. - 390 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. -- М.: Машиностроение, 1984. - 383 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1983. - 375 с.

6. Железко Б.Е. и др. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Вышэйшая школа, 1987. - 247 с.

7. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей:

Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 2003. - 496 с.

8. Попык К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей.

- М.: Высш. шк., 1968. - 389 с.

Размещено на Allbest.ru

allbest.ru


Смотрите также