Основні розрахунки щодо роботи автомобільного двигуна

Зміст

Вступ

1. Хімічні реакції при горінні палива

2. Розрахунок процесів дійсного циклу індикаторних та ефективних показників дійсного циклу  двигуна

4. Розрахунок параметрів циліндра та тепловий баланс двигуна

5. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

6. Кінематичний розрахунок кривошипно-шатуного механізму

7. Побудова індикаторної діаграми циклу двигуна

8. Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму

9. Розрахунок та побудова графіків залежностей

10. Розрахунок та побудова поверхневих діаграм

Висновки

Література

Вступ

Впровадження досягнень науково-технічного прогресу в автомобілебудуванні та на автомобільному транспорті вимагає творчого підходу до вирішення наукових і практичних завдань, які стоять перед робітниками цих галузей, що в свою чергу передбачає необхідність підвищення якості підготовки і перепідготовки кадрів для них.

В області розвитку і удосконалення автомобільних двигунів основними задачами на сучасномк етапі являється:

·   зниження паливної економічності;

·   питомої маси;

·   вартості їх виготовлення і експлуатації;

·   боротьба з токсичними викидами в атмосферу;

·   зниження шуму при експлуатауії двигунів.

Виконання цих задач вимагає від спеціалістів, пов’язаних з виробництвом та експлуатацією автомобільних двигунів, глибоких знань теорії, конструкції та розрахунку двигунів внутрішнього згоряння.

Важливим чином у придбанні даних знань, що базуються на основних теоретичних положеннях дисципліни «Автомобільні двигуни».

Курс «Автомобільні двигуни» є одним з базових у справі підготовки інженерно-технічних працівників автомобільного транспорту.

Сучасна автомобільна силова установка (автомобільний двигун) являє собою одну з найскладніших машин, здатних перетворювати теплоту, що виділяється при згорянні палива, у механічну роботу. Процеси згоряння, виділення теплоти і перетворення її в механічну роботу продуктами згоряння відбувається у середині двигуна. Звідси й назва – двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).

1. Хімічні реакції при горінні палива

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива:

, кг.повітря/кг.палива.

l₀=кг.повітря/кг.палива.

Склад палива: бензинів – С = 0,870; Н = 0,145; О = 0; дизельного палива –

С = 0,870; Н = 0,126; О = 0,004. Вид палива повинен відповідати прототипу двигуна, що заданий у таблиці вихідних параметрів.

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння палива:

, кмоль.повітря/кг.палива.

L₀= кмоль.повітря/кг.палива.

Коефіцієнт надлишку повітря a у режимі номінальної потужності приймають за таблицею вихідних параметрів α =0.82

Кількість свіжого заряду

, кмоль свіжого заряду/кг.палива.

 M₁=0.82·=0.4246 кмоль свіжого заряду/кг.палива.

Кількість двоокису вуглецю (СО₂) у продуктах згоряння за умови:

a<1, , кмоль/кг.палива,

M_CO2=  кмоль/кг.палива,

де; для нафтових рідких палив к = 0,45...0,53.

Кількість окису вуглецю (СО) у продуктах згоряння за умови:

a<1,, кмоль/кг.палива.

M_CO= кмоль/кг.палива.

Кількість водяної пари (Н₂О) у продуктах згоряння

за умови:

a<1,, кмоль/кг палива.

M_H2O= кмоль/кг палива.

Кількість водню (Н₂) у продуктах згоряння за умови:

a<1,, кмоль/кг палива.

M_H2= кмоль/кг палива.

Кількість кисню (О₂) у продуктах згоряння за умови:

a<1,, кмоль/кг.палива.

Кількість азоту (N₂) у продуктах згоряння

, кмоль/кг.палива.

 M_N2= кмоль/кг.палива

Загальна кількість продуктів згоряння рідкого палива

, кмоль/кг.палива.

M₂= кмоль/кг.палива.

Зміна кількості робочого тіла при згорянні палива

, кмоль/кг.палива.

 ∆M= кмоль/кг.палива.

Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші

.

Нижча теплота згоряння рідкого палива за формулою Менделєєва

, кДж/кг.палива.

 H_u= кДж/кг.палива.

Вміст сірки S та вологи W у паливі приймають рівними 0.

Хімічна неповнота згоряння за умови:

a<1, , кДж/кг палива.

∆H_u= кДж/кг палива.

Теплота згоряння паливної суміші:

, кДж/кмоль пал.суміші.

 H_{пал.сум}= кДж/кмоль пал.суміші.

Розрахунок процесів дійсного циклу

Тиск навколишнього середовища для розрахунків Р₀ = 0,10 МПа.

Температура навколишнього середовища для розрахунків Т₀ = 293 К.

Тиск середовища, звідки повітря надходить у циліндр.У випадку відсутності наддуву Р_к = Р₀.

Температура середовища, звідки повітря надходить у циліндр

При відсутності наддуву Р_к = Р₀, а Т_к = Т₀.

Тиск залишкових газів у циліндрі двигуна перед початком процесу наповнення: при відсутності наддуву , МПа;

P_r= МПа

Температуру залишкових газів T_r =1050 K

Густина заряду при наповненні:

при відсутності наддуву ,кг/м³;

 кг/м³

де В = 287Дж/кг×град - питома газова стала.

При відсутності наддуву приймають .

 Втрати тиску при наповненні

, МПа,

∆P_a= МПа

де b - коефіцієнт затухання швидкості руху заряду у перерізі циліндра;

x_ВП – коефіцієнт опору впускної системи, віднесений до найбільш вузького його перерізу, ;

w_ВП = 50...150 м/с - середня швидкість руху заряду у найменшому перерізі впускної системи в м/с. Значення w_ВП приймають за таблицею вих. пар.

Тиск кінця впуску

, МПа

P_a= МПа

Температура підігріву свіжого заряду DТ. Приймається

DТ=10ºС.

 Коефіцієнт залишкових газів

,

 .

де e - ступінь стиску, приймається за табл. вих. пар.

Температура в кінці наповнення

, К.

T_a= К.

Коефіцієнт наповнення

.

.

Середній показник адіабати стиску k₁=1,378

Визначається за номограмою Додатку Е (рис. Е-1) у залежності від ступеня стиску e і температури в кінці наповнення Т_а.

Значення показника політропи стиску n₁ в залежності від k встановлю ють у межах:

для бензинових двигунів (k₁-0,01)…(k₁-0,04); Приймаємо n₁=1,338

Тиск у кінці теоретичного стиску

, МПа.

P_c= МПа

Температура у кінці теоретичного стиску

, К.

T_c= К

Середня мольна теплоємність свіжого заряду у кінці стиску

, кДж/кмоль×град.,

 кДж/кмоль×град

де t_с - температура у кінці стиску в °С (t_с = T_с-273°).

Середня мольна теплоємність залишкових газів

 =23,3796 кДж/кмоль×град

 визначається в залежності від коефіцієнта надлишку повітря a і температури у кінці стиску t_с шляхом інтерполяції за таблицею В-1 Додатку В

Середня мольна теплоємність робочої суміші

, кДж/кмоль×град.

 кДж/кмоль×град.

Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші

,

де g_r - коефіцієнт залишкових газів.

Теплота згоряння робочої суміші

, кДж/кмоль.

H_{роб.сум}= кДж/кмоль.

Середня мольна теплоємність продуктів згоряння

.

Окремі компоненти  беруть з таблиці С-1 Додатку С.

Рівняння згоряння (тепловий баланс) для:

бензинових двигунів

;

0,85·96494,13+21,99·383=1,1235·(21,01+0,0046t_z)·t_z

91451,24=25,3855 t_z+0,00208t_z²

0,00208tz²+25,3855t_z-91451,24=0

де x_z - коефіцієнт використання тепла. Коефіцієнт використання теплоти у період згорання залежить від типу двигуна:

для бензинового двигуна x_z = 0,85...0,95

Температуру, що відповідає максимальному тиску згоряння Р_z визначають шляхом розв’язування квадратного рівняння попереднього пункту

, °С,

t_z=°С.

 , К.

T_z=2909+273=3182 К.

Максимальний тиск згоряння:

для бензинового двигуна , МПа;

P_z= МПа.

Дійсний максимальний тиск згоряння:

для бензинового двигуна . МПа.

P_zд=0.85·5,6=4,76Мпа.

Ступінь підвищення тиску l. Для бензинових двигунів .

МПа.

Ступінь попереднього розширення

Для бензинових двигунів;

Ступінь подальшого розширення

Для бензинових двигунів =6,5

Середній показник адіабати розширення k₂ =1,2584

Визначають по номограмам Е-2 та Е-3 Додатку Е, відповід но, для бензинових та дизельних двигунів за числовими значеннями d, a та T_z.

Середній показник політропи розширення n₂

k₂=1,2584

Тиск кінця процесу розширення

, МПа.

 P_b= МПа.

Температура кінця процесу розширення

, К.

T_b= К.

Перевірка точності вибору значень тиску та температури залишкових газів

, К.

T_r= К.

Значення Т_r відрізняється від значення прийнятого у пункті 2.6 на 5%. Умова виконується.

3. Розрахунок індикаторних та ефективних показників дійсного циклу двигуна

3.1. Теоретичний середній індикаторний тиск

, МПа.

 МПа.

Дійсний середній індикаторний тиск

, МПа,

 P_i=0,95·1,25=1,21 МПа

де j - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймається за таб. вих. пар.

Індикаторна потужність двигуна

, кВт,

N_i= кВт,

де V_л – робочий об’єм циліндрів двигуна у літрах (літраж);

n – частота обертання колінчастого вала, об/хв;

t – коефіцієнт тактності (t = 4).

Значення V_л та n приймають за таб. вих. пар.

Індикаторний коефіцієнт корисної дії

,

Індикаторні питомі витрати палива

, г/кВт×год,

 q= г/кВт×год.

Тиск механічних втрат Р_м визначають за емпіричною залежністю по заданому у таблиці А-1 значенню середньої швидкості поршня (V_п.ср, м/с).

Для бензинових двигунів з числом циліндрів 8 та більше

P_M =0,039+0,0132·Vп.ср, МПа,

 P_M=0,039+0,0132·10,1=0,17 МПа.

Середній ефективний тиск

, МПа.

P_e=1,19-0,17=1,04 МПа

Механічний коефіцієнт корисної дії

,

.

Ефективний коефіцієнт корисної дії

.

Ефективна потужність двигуна

 .

N_e=199,19·0,86=166,69 кВт

Ефективні питомі витрати рідкого палива

, г/кВт×год.

 g_e= г/кВт×год

Годинні витрати палива

, кг/год.

G_T=259,55·166,69·10^-3=44,36 кг/год

Циклова подача рідкого палива

, г/цикл.

G_ц= г/цикл

4. Розрахунок параметрів циліндра та тепловий баланс двигуна

4.1 Робочий об’єм циліндра

, л,

V_h= л.

деі – кількість циліндрів (таблиця вих. пар.).

Діаметр циліндра

, мм,

D= мм.

де S/D – відношення ходу поршня до діаметра циліндра, приймають за таблицею А-1.

Значення D приймають для подальшого розрахунку округленим до цілих значень у мм.

Хід поршня , мм.

S=100·0,95=95 мм,

 Значення ходу поршня приймають для подальших розрахунків округленим до цілих міліметрів.

Уточнене значення літражу двигуна

, л,

V_л= л

де D та S у мм.

Уточнене значення ефективної потужності

 , кВт.

 N_e= кВт

Номінальний ефективний крутний момент

 , Н×м.

M_e= Н×м

Уточнене значення годинних витрат палива

, кг/год,

 G_T=166,79·265,94·10^-3=44,36 кг/год.

Уточнене значення середньої швидкості поршня

 , м/с,

 V_п,ср= м/с.

Загальна кількість тепла, що вводиться у двигун при згорянні палива

, Дж/с,

 Q₀= Дж/с.

Тепло еквівалентне ефективній роботі

, Дж/с,

 Q_e=1000·166,79=166790 Дж/с.

Тепло, що передається охолоджуючому середовищу

, Дж/с,

Q_в= Дж/с

де С- коефіцієнт пропорційності (С = 0,45…0,52);

і – число циліндрів; D – діаметр циліндра у см; m – показник степеня (для чотирьохтактних двигунів m = 0,6…0,7);

 n- число обертів колінчастого валу двигуна, об/хв. (таблиця вих. пар.).

Теплота, що винесена з відпрацьованими газами

, Дж/с,

=31,69

=29,68

Q_r= Дж/с

де  - середня мольна теплоємність відпрацьованих газів при сталому тискові у кінці випуску;

, кДж/кмоль×град. Значення  визначається згідно пункту 2.19 за таблицею В-2 або В-3 додатку В для t_r;

 - середня мольна теплоємність повітря при сталому тискові і температурі середовища, звідки надходить повітря;

, кДж/кмоль×град. Значення  визначається за формулою лівого рядку таблиці С-1 додатку С для t_к;

Теплота, що втрачена із-за хімічної неповноти згоряння:

для бензинового двигуна

, Дж/с.

Q_нс= Дж/с.

Невраховані втрати тепла

, Дж/с.

Q_ост= Дж/с.

Складові частини теплового балансу у процентах:

=; =;

=; =; =; .

5. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

Мінімальна частота обертання двигуна n_min= n / 5, об/хв.

n_min=3300/5=660 об/хв

Максимальна частота обертання двигуна:

для бензинового двигуна n_max = 1,1× n, об/хв.

n_max=1,1·3300=3630 об/хв

Крок зміни частоти обертання Dn = n_min, об/хв.

Dn =660 об/хв.

Послідовність розрахункових частот:

n₁ = n_min; n₂ = n₁ + Dn; n₃ = n₂ + Dn; n₄ = n₃ + Dn; n₅ = n.

n₁ =9660 об/хв.n₂ =660+660=1320 об/хв.n₃ =1320+660=1980 об/хв

n₄ =1980+660=2640 об/хв.n₅ =3300 об/хв.n₆ =3630 об/хв.

Для бензинового двигуна n₆ = n_max .

Для розрахункових частот обертання колінчастого валу визначають розрахункові точки кривої ефективної потужності:

для бензинових двигунів:

, кВт;

  кВт;

  кВт;

  кВт;

  кВт;

  кВт;

  кВт.

де N_e – номінальна ефективна потужність 4.5; N_ex – біжуче значення ефективної потужності (кВт) для конкретних обертів швидкісної характеристики (n_x); n_x - біжуче значення швидкості обертання колінчастого валу (об/хв).

Біжучі значення ефективного крутного моменту

, Н×м.

  Н×м;

  Н×м;

  Н×м;

 Н×м;

 Н×м;

 Н×м.

Біжучі значення середнього ефективного тиску для розрахункових частот обертання колінчастого валу

, МПа.

  МПа.

 МПа.

  МПа.

  МПа.

  МПа.

 МПа.

Біжучі значення середньої швидкості поршня

, м/с.

 м/с;

  м/с;

  м/с;

 м/с;

  м/с;

  м/с.

Біжучі значення середнього тиску механічних втрат для прийнятих частот обертання визначають за формулами пункту 3.6 для відповідної швидкості поршня V_п.срх.

 МПа

  МПа

  МПа

 МПа

  МПа

  МПа

  МПа

Біжучі значення питомих ефективних витрат палива визначають за формулами:

для бензинового двигуна , г/кВт×год;

 г/кВт×год;

 г/кВт×год;

 г/кВт×год;

 г/кВт×год;

 г/кВт×год.

де g_e – питомі витрати палива при номінальній потужності 3.11;

g_ex – біжуче значення питомих ефективних витрат палива.

Біжучі значення годинних витрат палива

, кг/год.

  кг/год

 кг/год

  кг/год

  кг/год

  кг/год

  кг/год

Залежність коефіцієнта надлишку повітря від частоти обертання визначають через a_x, що відповідають розрахунковим частотам обертання.

Для бензинових двигунів значення коефіцієнту при мінімальній частоті обертання n_min дорівнює a₁ = (0,8…0,85)×a.

a₁ =0,85·0,94=0,752

 Подальші значення коефіцієнтів a₂, a₃, a₄, a₅ та a₆ дорівнюють a=0,94

Біжучі значення коефіцієнта наповнення визначають за формулою

,

де Р_ех – у МПа; g_ex – у г/кВт×год.

Таблиця 5.1 - Результати розрахунків зводяться в таблицю у наступній формі

№ п/п	Швидкість обертання nx, об/хв	Параметри зовнішньої швидкісної характеристики
		Nex, кВт	Мех , Н×м	Pex , МПа	Vп.срх , м/с	Рмх , МПа	gex , г/кВт×год	Gтх , кг/год	ax	hvx
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	900	12,36	131,18	0,67	2,65	0,06	386,32	4,77	0,752	0,68
2	1800	26,42	140,22	0,72	5,30	0,09	347,39	9,18	0,94	0,82
3	2700	39,63	140,22	0,72	7,95	0,12	332,41	13,17	0,94	0,78
4	3600	49,43	131,18	0,67	10,60	0,15	341,40	16,87	0,94	0,75
5	4500	53,26	113,08	0,58	13,25	0,18	374,34	19,94	0,94	0,71
6	4950	52,14	100,64	0,52	14,58	0,20	399,79	20,85	0,94	0,68

За результатами розрахунків будуються графіки зовнішньої швидкісної характеристики. Приклади зовнішньої швидкісної характеристики бензинового двигуна приведено на рис. 1, 2.

Рис. 1 - Зовнішньо швидкісна характеристика бензинового двигуна

6. Кінематичний розрахунок кривошипно-шатунного механізму

Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна =0,28 визначають за таблицею вихідних параметрів.

Радіус кривошипу , мм,

R= мм

де S – хід поршня у відповідності за пунктом 4.3.

Переміщення поршня в залежності від кута повороту кривошипа

, мм,

де j - кут повороту кривошипа, що відраховується від точки ВМТ осі циліндра в напрямі обертання колінчастого валу за годинниковою стрілкою. Розрахунок проводиться для значень j від 0° до 360° з кроком 10° використовуючи таблицю D-1 додатку D, в якій для заданих l¢ та j наведені значення виразу .

Результати розрахунків зводять у таблицю в наступній формі:

Таблиця 6.1 - Результати розрахунків переміщення поршня

Кут повороту колінчастого валу j°	Значення виразу	Переміщення поршня Sх, мм
0	0	0
10	0,0194	0,8571
20	0,0767	3,3886
30	0,169	7,4664
40	0,2918	12,8917
50	0,4394	19,4127
60	0,605	26,7289
70	0,7816	34,5311
80	0,9622	42,5100
90	1,14	50,3652
100	1,3094	57,8493
110	1,4656	64,7502
120	1,605	70,9089
130	1,725	76,2105
140	1,8238	80,5755
150	1,901	83,9862
160	1,9561	86,4205
170	1,989	87,8740
180	2	88,36
190	1,989	87,8740
200	1,9561	86,4205
210	1,901	83,9862
220	1,8238	80,5755
230	1,725	76,2105
240	1,605	70,9089
250	1,4656	64,7502
260	1,3094	57,8493
270	1,14	50,3652
280	0,9622	42,5100
290	0,7816	34,5311
300	0,605	26,7289
310	0,4394	19,4127
320	0,2918	12,8917
330	0,169	7,4664
340	0,0767	3,3886
350	0,0194	0,8571
360	0	0

Кутова швидкість обертання колінчастого валу , рад/с.

 рад/с

Швидкість переміщення поршня у залежності від кута повороту

 

де j - кут повороту кривошипа; R – радіус кривошипа, м.

Розрахунок проводиться для значень j від 0° до 360° з кроком 10° використовуючи таблицю D-2 додатку D, в якій для заданих l¢ та j приведені значення виразу .

Результати розрахунків зводять у таблицю в наступній формі:

Таблиця 6.2 - Результати розрахунків швидкості поршня

Кут повороту колінчастого валу j°	Значення виразу	Швидкість поршня Vп, м/с
0	0	0
10	0,2215	4,6091
20	0,442	9,1975
30	0,6212	12,9264
40	0,7807	16,2454
50	0,9088	18,9110
60	0,9872	20,5424
70	1,0297	21,4268
80	1,0317	21,4684
90	1	20,8088
100	0,9369	19,4957
110	0,8497	17,6812
120	0,7448	15,4984
130	0,6281	13,0700
140	0,5049	10,5064
150	0,3788	7,8824
160	0,252	5,2438
170	0,1237	2,5740
180	0	0
190	-0,1237	-2,5740
200	-0,252	-5,2438
210	-0,3788	-7,8824
220	-0,5049	-10,5064
230	-0,6281	-13,0700
240	-0,7448	-15,4984
250	-0,8497	-17,6812
260	-0,9369	-19,4957
270	-1	-20,8088
280	-1,0317	-21,4684
290	-1,0297	-21,4268
300	-0,9872	-20,5424
310	-0,9088	-18,9110
320	-0,7807	-16,2454
330	-0,6212	-12,9264
340	-0,442	-9,1975
350	-0,2215	-4,6091
360	0	0

Прискорення поршня в залежності від кута повороту кривошипа

, м/с ²,

де j - кут повороту кривошипа; R – радіус кривошипа, м.  Розрахунок проводиться для значень j від 0° до 360° з кроком 10° використовуючи таблицю D-3 додатку D, в якій для заданих l¢ та j приведені значення виразу  .

Результати розрахунків зводять у таблицю в наступній формі:

Таблиця 6.3 - Результати розрахунків прискорення поршня

Кут повороту колінчастого валу j°	Значення виразу	Прискорення поршня , м/с 2
0	1,28	12545,2
10	1,2479	12230,6
20	1,1542	11312,2
30	1,006	9859,74
40	0,8146	7983,84
50	0,5942	5823,72
60	0,36	3528,34
70	0,1275	1249,62
80	-0,0895	-877,184
90	-0,28	-2744,26
100	-0,4367	-4280,07
110	-0,5565	-5454,22
120	-0,64	-6272,6
130	-0,6914	-6776,37
140	-0,7174	-7031,19
150	-0,726	-7115,48
160	-0,7252	-7107,64
170	-0,7217	-7073,34
180	-0,72	-7056,67
190	-0,7217	-7073,34
200	-0,7252	-7107,64
210	-0,726	-7115,48
220	-0,7174	-7031,19
230	-0,6914
240	-0,64	-6272,6
250	-0,5565	-5454,22
260	-0,4367	-4280,07
270	-0,28	-2744,26
280	-0,0895	-877,184
290	0,1275	1249,62
300	0,36	3528,34
310	0,5942	5823,72
320	0,8146	7983,84
330	1,006	9859,74
340	1,1542	11312,2
350	1,2479	12230,6
360	1,27	12545,2

6.7. За результатами розрахунків будуються графічні залежності S_х-1, V_п -2 та g_п -3 від кута повороту кривошипа j.

, φ

˚

˚

м/с2

 

Рис. 1, 2, 3 – Кути повороту

7. Побудова індикаторної діаграми циклу двигуна

Умовна висота камери згоряння у верхній мертвій точці

, мм,

H_c= мм

де S - хiд поршня у мм.

Умовна висота камери згоряння у момент початку розширення

, мм,

H_z= H_c=12,27мм

де r - ступінь попереднього розширення у вiдповiдностi з пунктом 2.29. Для бензинових двигунів .

Розрахункові точки по куту повороту кривошипа для визначення проміжних даних тиску на лінії стиску. Для розрахунку приймаються значення кута повороту кривошипа на лінії стиску від 190° до 350° з кроком 10°. Для вказаних кутів повороту за таблицею, заповненою в пункті 6.3, визначаються значення переміщення поршня S_190°...S_350° i вносяться у таблицю наступного пункту.

Проміжні значення тиску визначають за формулою

, МПа,

де n₁ - показник політропи стиску у вiдповiдностi до пункту 2.15. В якості S_x у розрахункову формулу підставляють значення S_190°...S_350°.

Таблиця 7 - Результати

Кут повороту колінчастого валу j0	Переміщення поршня Sп, мм	Проміжні значення тиску стиску , МПа
190	87,87	0,0809
200	86,42	0,0825
210	83,99	0,0854
220	80,58	0,0897
230	76,21	0,0958
240	70,91	0,1042
250	64,75	0,1158
260	57,85	0,1316
270	50,37	0,1535
280	42,51	0,1844
290	34,53	0,2286
300	26,73	0,2933
310	19,41	0,3895
320	12,89	0,5336
330	7,47	0,7435
340	3,39	1,0199
350	0,86	1,2977

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахункові точки по куту повороту кривошипа для визначення проміжних значень тиску на лінії розширення. Для розрахунку приймаються значення кута повороту j кривошипа на лінії розширення від 350° до 530° з кроком 10°. Вказаним кутам повороту в таблиці (пункт 6.3), відповідають значення переміщення поршня S_10°...S_170° , які вносяться у таблицю наступного пункту.

Проміжні значення тиску розширення визначають за формулою

, МПа,

де n₂ - показник політропи розширення у вiдповiдностi до пункту 2.32.

Замість S_х у розрахункову формулу підставляють значення S_10°...S_170°.

Результати зводять у таблицю за наступною формою:

Таблиця 7.2 - Результати розрахунку проміжних значень тиску лінії розширення

Кут повороту колінчастого валу j0	Переміщення поршня Sп, мм	Проміжні значення тиску стиску , МПа
370	0,86	4,4832
380	3,39	3,5886
390	7,47	2,6796
400	12,89	1,9722
410	19,41	1,4744
420	26,73	1,1343
430	34,53	0,9011
440	42,51	0,7387
450	50,37	0,6237
460	57,85	0,5409
470	64,75	0,4805
480	70,91	0,4360
490	76,21	0,4033
500	80,58	0,3795
510	83,99	0,3626
520	86,42	0,3514
530	87,87	0,3449

За  зразком (рис.4) будується в тонких лініях теоретична індикаторна діаграма розрахункового циклу ДВЗ використовуючи наступні розрахункові показники:

Р_a=0,08 МПа; Р_c =1,36 МПа; Р_z= 4,88 МПа; Р_zд =4,15 МПа; Р_в= 0,34 МПа;

Р_{с 190°}...Р_{с 350°} - пункт 7.3; Р_{b 10°}...Р_{b 170°} - пункт 7.6; S =88,36 мм; H_с =12,27мм;

H_z =12,27мм

Проводиться уточнення індикаторної діаграми враховуючи значення тисків Р_к (пункт 2.3) та Р_r (пункт 2.5) та будують лінії процесів газообміну. Для проведення округлення індикаторної діаграми навколо точок c, z, b та r необхідні значення тиску в камері згоряння для характерних точок с" та b":

; ; =0,125 МПа

 МПа  МПа

На графіку теоретичної індикаторної діаграми товстими лініями будується дійсна індикаторна діаграма циклу.

Рис. 4. Індикаторна діаграма

8. Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму

Заповнюють таблицю 8.1 результатів динамічного розрахунку КШМ для кутів повороту колінчастого валу від 0° до 720° з кроком 10° за наступною формою.

Таблиця 7 - Результати динамічного розрахунку КШМ

Кут φ,град	Тиск Ргкз, Мпа	Прискорення Jп, м/c2	Pr, кН	Pj, кН	P, кН	N, кН	S,кН	K, кН	T, кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0,08034	12545,20	-0,136	-10,9833	-11,120	0,000	-11,120	-11,120	0
10	0,08034	12230,59	-0,136	-10,7079	-10,844	-0,531	-10,855	-10,584	-2,397
20	0,08034	11312,24	-0,136	-9,9039	-10,040	-0,964	-10,090	-9,106	-4,337
30	0,08034	9859,74	-0,136	-8,6322	-8,769	-1,236	-8,856	-6,971	-5,454
40	0,08034	7983,84	-0,136	-6,9899	-7,126	-1,297	-7,240	-4,625	-5,573
50	0,08034	5823,72	-0,136	-5,0987	-5,235	-1,141	-5,361	-2,492	-4,743
60	0,08034	3528,34	-0,136	-3,0891	-3,225	-0,800	-3,322	-0,758	-3,193
70	0,08034	1249,62	-0,136	-1,0940	-1,230	-0,332	-1,275	-0,108	-1,270
80	0,08034	-877,18	-0,136	0,7680	0,632	0,179	0,657	-0,067	0,653
90	0,08034	-2744,26	-0,136	2,4026	2,266	0,655	2,359	-0,655	2,266
100	0,08034	-4280,07	-0,136	3,7472	3,611	1,025	3,755	-1,636	3,380
110	0,08034	-5454,22	-0,136	4,7752	4,639	1,252	4,806	-2,765	3,929
120	0,08034	-6272,60	-0,136	5,4917	5,355	1,328	5,516	-3,829	3,974
130	0,08034	-6776,37	-0,136	5,9327	5,796	1,264	5,935	-4,695	3,629
140	0,08034	-7031,19	-0,136	6,1558	6,019	1,096	6,116	-5,315	3,028
150	0,08034	-7115,48	6,2296	6,093	0,859	6,154	-5,709	2,303
160	0,08034	-7107,64	-0,136	6,2227	6,086	0,584	6,117	-5,922	1,534
170	0,08034	-7073,34	-0,136	6,1927	6,056	0,297	6,062	-6,014	0,763
180	0,08034	-7073,34	-0,136	6,1927	6,056	0,000	6,056	-6,056	0
190	0,08087	-7073,34	-0,133	6,1927	6,060	-0,297	6,066	-6,018	-0,764
200	0,08251	-7107,64	-0,121	6,2227	6,101	-0,586	6,132	-5,937	-1,538
210	0,08537	-7115,48	-0,101	6,2296	6,128	-0,864	6,189	-5,742	-2,316
220	0,08968	-7031,19	-0,072	6,1558	6,084	-1,107	6,182	-5,372	-3,060
230	0,09578	-6776,37	-0,029	5,9327	5,903	-1,287	6,045	-4,782	-3,696
240	0,10421	-6272,60	0,029	5,4917	5,521	-1,369	5,687	-3,947	-4,096
250	0,11576	-5454,22	0,109	4,7752	4,884	-1,319	5,060	-2,911	-4,137
260	0,13160	-4280,07	0,219	3,7472	3,966	-1,126	4,125	-1,797	-3,713
270	0,15353	-2744,26	0,371	2,4026	2,774	-0,802	2,888	-0,802	-2,774
280	0,18437	-877,18	0,585	0,7680	1,353	-0,384	1,407	-0,143	-1,399
290	0,22860	1249,62	0,892	-1,0940	-0,202	0,055	-0,209	-0,018	0,208
300	0,29327	3528,34	1,341	-3,0891	-1,748	0,434	-1,801	-0,411	1,731
310	0,38950	5823,72	2,008	-5,0987	-3,091	0,674	-3,165	-1,471	2,800
320	0,53360	7983,84	3,008	-6,9899	-3,982	0,725	-4,046	-2,585	3,114
330	0,74349	9859,74	4,463	-8,6322	-4,169	0,588	-4,210	-3,314	2,593
340	1,01991	11312,24	6,381	-9,9039	-3,523	0,338	-3,541	-3,196	1,522
350	1,29765	12230,59	8,307	-10,7079	-2,401	0,118	-2,403	-2,343	0,531
360	2,89042	12545,20	19,355	-10,9833	8,372	0,000	8,372	8,372	0
370	4,48318	12230,59	30,403	-10,7079	19,695	0,965	19,715	19,222	4,353
380	3,58863	11312,24	24,198	-9,9039	14,294	1,372	14,366	12,965	6,175
390	2,67956	9859,74	17,893	-8,6322	9,260	1,306	9,353	7,362	5,760
400	1,97215	7983,84	12,986	-6,9899	5,996	1,091	6,092	3,891	4,689
410	1,47441	5823,72	9,533	-5,0987	4,435	0,967	4,541	2,111	4,018
420	1,13430	3528,34	7,174	-3,0891	4,085	1,013	4,208	0,960	4,044
430	0,90106	1249,62	5,556	-1,0940	4,462	1,205	4,623	0,393	4,605
440	0,73868	-877,18	4,430	0,7680	5,198	1,476	5,406	-0,551	5,375
450	0,62373	-2744,26	3,633	2,4026	6,035	1,744	6,283	-1,744	6,035
460	0,54091	-4280,07	3,058	3,7472	6,805	1,933	7,078	-3,083	6,370
470	0,48047	-5454,22	2,639	4,7752	7,414	2,002	7,681	-4,419	6,280
480	0,43601	-6272,60	2,331	5,4917	7,822	1,940	8,057	-5,593	5,804
490	0,40330	-6776,37	2,104	5,9327	8,036	1,752	8,229	-6,510	5,031
500	0,37951	-7031,19	1,939	8,095	1,473	8,224	-7,148	4,072
510	0,36262	-7115,48	1,822	6,2296	8,051	1,135	8,132	-7,544	3,043
520	0,35136	-7107,64	1,744	6,2227	7,966	0,765	8,006	-7,751	2,007

530	0,34494	-7073,34	1,699	6,1927	7,892	0,387	7,900	-7,836	0,994
540	0,12500	-7073,34	0,173	6,1927	6,366	0,000	6,366	-6,366	0
550	0,12500	-7073,34	0,173	6,1927	6,366	-0,312	6,372	-6,322	-0,802
560	0,12500	-7107,64	0,173	6,2227	6,396	-0,614	6,428	-6,223	-1,612
570	0,12500	-7115,48	0,173	6,2296	6,403	-0,903	6,467	-6,000	-2,420
580	0,12500	-7031,19	0,173	6,1558	6,329	-1,152	6,430	-5,589	-3,184
590	0,12500	-6776,37	0,173	5,9327	6,106	-1,331	6,253	-4,946	-3,822
600	0,12500	-6272,60	0,173	5,4917	5,665	-1,405	5,835	-4,051	-4,203
610	0,12500	-5454,22	0,173	4,7752	4,949	-1,336	5,127	-2,949	-4,191
620	0,12500	-4280,07	0,173	3,7472	3,921	-1,113	4,077	-1,776	-3,670
630	0,12500	-2744,26	0,173	2,4026	2,576	-0,744	2,682	-0,744	-2,576
640	0,12500	-877,18	0,173	0,7680	0,941	-0,267	0,979	-0,100	-0,973
650	0,12500	1249,62	0,173	-1,0940	-0,921	0,249	-0,954	-0,081	0,950
660	0,12500	3528,34	0,173	-3,0891	-2,916	0,723	-3,003	-0,685	2,886
670	0,12500	5823,72	0,173	-5,0987	-4,925	1,074	-5,043	-2,344	4,462
680	0,12500	7983,84	0,173	-6,9899	-6,816	1,241	-6,926	-4,424	5,330
690	0,12500	9859,74	0,173	-8,6322	-8,459	1,193	-8,543	-6,725	5,261
700	0,12500	11312,24	0,173	-9,9039	-9,730	0,934	-9,779	-8,826	4,204
710	0,12500	12230,59	0,173	-10,7079	-10,534	0,516	-10,545	-10,282	2,328
720	0,12500	12545,20	0,173	-10,9833	-10,810	0,000	-10,810	-10,810	0

Результати розрахунків, за пунктами 7.3...7.8, біжучих значень тиску Р_гк.з в камері згоряння заносять у стовпчик 2 таблиці.

У стовпчик 3 вносять значення прискорення поршня (пункт 6.6) для кутів 0°...360° без змін. Для кутів 360°... 720° приймають та підставляють значення прискорення для кута, зменшеного на 360°. Наприклад: для кута 520° у таблицю вносимо прискорення для кута j = 520°-360° = 160°.

Зусилля, що діє на поршень двигуна внутрішнього згоряння, визначають за формулою: , кН.

Значення Р_гк.з для всіх кутів приведені у стовпчику 2 (табл. 8.1); Р₀ - тиск навко лишнього середовища згідно пункту 2.1;

D - округлене значення діаметра циліндра згідно пункту 4.2. Значення зусилля Р_г визначають для кожного кута в інтервалі 0°... 720° i вносять у стовпчик 4 таблиці.

З таблиці А-1 визначають значення мас: поршневої групи m_п , шатунної групи m_ш , та маси неврівноваженої одного коліна валу без противаг m_к:

m_п=0,65 кг ;m_ш=0,82 кг; m_к=1,09 кг

Маса шатунної групи, зосереджена на осі поршневого пальця

m_ш.п.=0,275· m_ш, кг.

m_ш.п.=0,275·0,82=0,226 кг

Маса шатунної групи, зосереджена на осі кривошипа

m_ш.к.=0,725· m_ш, кг.

m_ш.к.=0,725·0,82=0,595 кг

Маса, що здійснює зворотно-поступальний рух

, кг.

m_j=0,65+0,595=0,876 кг

Маса, що здійснює обертальний рух для V-подібного двигунаm_R= m_к+2· m_ш.к ;

m_R=1,09+2·0,595=1,685 кг

Силу інерції зворотно-поступального руху визначають за формулою

P_j=- m_j ·jп·10¯³, кН.Результати розрахунків сили інерції для інтервалу кутів 0°...720° вносять у стовпчик 5 таблиці.

Сумарна сила, що діє на поршень уздовж осі циліндра , кН.

Результати вносять у стовпчик 6 таблиці.

Сила, що діє перпендикулярно осі циліндра , кН.

Результати вносять у стовпчик 7. Значення множника  беруть з таблиці D-4 додатку D.

Сила, що діє вздовж осі шатуна , кН.

Результати вносять у стовпчик 8. Значення множника  беруть з таблиці D-5 додатку D.

Сила, що діє вздовж кривошипа , кН.

Результати вносять у стовпчик 9. Значення множника  беруть з таблиці D-6 додатку D.

Тангенціальна сила, прикладена до кривошипа, кН.

Результати вносять у стовпчик 10. Значення множника  беруть з таблиці D-7 додатку D.

У вiдповiдностi з рис.5 будують графічні залежності для Р_j та Р за даними таблиці стовпчики 5 та 6.

Нижче в тому ж масштабі будують графіки залежностей для N та S, стовпчики 7 та 8.

Під графіками для N та S будують графіки залежностей сил К та Т, стовпчики 9 та 10.

	Pr, Pj, P кН

 

Pj

P

Pr

Кут повороту кривошипа, φ

˚

 

	S, N кН

 

N

S

˚

	Кут повороту кривошипа, φ

 

Рис. 9, 10

	К, кН

 

Кут повороту кривошипа, φ

Т, кН

 

Кут повороту кривошипа, φ

Схема сил, що діють на КШМ.

Розрахунок та побудова графіків залежностей

 

Виконуємо повторний розрахунок розділів 2 та 4, змінюючи значення тиску навколишнього середовища, звідки повітря надходить у циліндр Р₀ в межах0,1…0,095 Мпа. Отримані значення уточненої ефектиної потужності N_e та номінального крутного моменту М_е вносимо в наступну таблицю.

Таблиця 9.1 - Даны

Р0	Ne	Me
0,1	53,26	113,03
0,099	52,55	111,53
0,098	51,85	110,03
0,097	51,14	108,53
0,096	50,43	107,03
0,095	49,73	105,53

9.2. Будуємо графіки залежностей N_e=f(P₀), та M_e=f(P₀) за даними розрахунків занесених в таблицю 9.1.

53,26

52,55

51,85

51,14

50,43

49,73

108,53

110,03

111,53

113,03

Графіки залезностей N_e=f(P₀), та M_e=f(P₀).

10. Розрахунок та побудова поверхнеаих діаграм

 

Виконуємо повторний розрахунок розділів 2 та 5, змінюючи значення тиску навколишнього середовища, звідки повітря надходить у циліндр Р_к в межах 0,1…1,3 Мпа. Отримані значення уточненої ефектиної потужності N_e та номінального крутного моменту М_е заносимо в наступні таблиці.

Таблиця 10.1 - Результати розрахунку ефективної потужності N_e

	Частота обертання колінчастого вала n, об/хв
Тиск впуску повітря в циліндр Рк, МПа		900	1800	2700	3600	4500	4950
	0,1	12,36	26,42	39,63	49,43	53,26	52,14
	0,105	14,09	30,12	56,36	60,73	59,46
	0,11	14,64	31,3	46,95	58,56	63,11	61,78
	0,115	15,18	32,45	48,68	60,71	65,43	65,05
	0,12	15,71	33,58	50,36	62,82	67,69	66,27
	0,125	16,22	34,68	52,02	64,88	69,92	68,45
	0,13	16,73	35,76	53,64	66,9	72,09	70,58

Таблиця 10.2 - Результати розрахунку ефективної потужності М_e

	Частота обертання колінчастого вала n, об/хв
Тиск впуску повітря в циліндр Рк, МПа		900	1800	2700	3600	4500	4950
	0,1	131,18	140,22	140,22	131,18	113,08	100,64
	0,105	149,57	159,89	159,89	149,57	128,94	114,76
	0,11	155,42	166,14	166,14	155,42	133,98	119,24
	0,115	161,12	172,35	172,35	161,12	138,91	123,63
	0,12	166,72	178,22	178,22	166,72	143,73	127,92
	0,125	172,19	184,07	184,07	172,19	148,4	132,11
	0,13	177,55	189,79	189,79	177,55	153,06	136,22

 Будуємо графіки залежностей N_e=f(P_к, n), та M_e=f(P_к, n) за даними розрахунків занесених в таблиці 10.1 та 10.2.

Поверхневі діаграми залежностей N_e=f(P_к, n), та M_e=f(P_к, n).

Проводимо повторний розрахунок розділів 2-5 для того щоб підібрати стабільний крутний момент і потужність двигуна на різних частотах обертання колінчастого вала двигуна, де визначаємо потрібний тиск наддуву, який забезпечив би нам потрібну ефективну потужність та крутний момент. Отримані в результаті розрахунку значення вносимо в таблиці та будуємо графіки.

Таблиця 10.3 - Проводимо повторний розрахунок

n, об/хв	Ме, Нм	Ме*, Нм	Рк, Мпа
0	0	0	0
560	169,74	189,79	0,149
700	173,17	189,79	0,146
900	177,55	189,79	0,142
1800	189,79	189,79	0,13
2700	189,79	189,79	0,13
3600	177,55	189,79	0,142
4500	153,06	189,79	0,173

Таблиця 10.4 - Дані

n, об/хв	Nе, Нм	Nе*, Нм	Рк, Мпа
0	0	0	0
560	5,27	72,09	10,98
700	8,46	72,09	3,098
900	11,97	72,09	1,53
1800	25,6	72,09	0,364
2700	38,4	72,09	0,193
3600	47,89	72,09	0,142
4500	53,26	72,09	0,13

Висновки

 

Під час виконання данного курсового проекту були проведені слідуючі розрахунки:

- розрахунок індикаторних та ефективних показників дійсного тиску;

- розрахунок основних параметрів циліндра та тепловий баланс двигуна в цілому;

- кінематичний розрехунок кривошипно-шатунного механізму;

Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму;

Були побудовані:

-   зовнішня швидкісна характеристика двигуна;

-   індикаторна діаграма циклу двигуна;

-   діаграми залежностей N_e=f(P₀) та М_e=f(P₀);

-   поверхневі діаграми.

Визначаємо зокрема: ефективна потужність N_e=53,26 кВт; номінальний ефективний крутний момент М_е=113,08, min та min частоту обертання двигуна: n_min=900 об/хв, n_max=4950 об/хв.

Визначено типові витрати палива та коефіцієнт наповнення, які зображенні в таблицях:

Таблиця 10 - Типові витрати палива та коефіцієнт наповнення

n	ge	ηv
900	386,32	0,68
1800	347,39	0,82
2700	332,41	0,78
3600	341,40	0,75
4500	374,34	0,71
4950	399,79	0,68

Провіривши повторний розрахунок теплового балансу з наддувом було визначено, що із збільшенням тиску наддуву зростає ефективна потужність N_e та крутний момент М_е, що підвищує ефективність двигуна та зменшує витрати палива. Цю залежність графічно зображено на поверхневих діаграмах.

Таблиця - Залежність

Без наддуву				З наддувом
nном	Рк=Р0, МПа	Nе, кВт	Ме, Нм	Рк, МПа	Nе, кВт	Ме, Нм
4500	0,1	53,26	113,08	0,105	60,73	128,94
				0,11	63,11	133,98
				0,115	65,43	138,91
				0,12	67,69	143,73
				0,125	69,92	148,4
				0,13	72,09	153,06

З даних наведених у таблиці видно, що характеристику двигуна значно покращено, а семе: N_е двигуна з наддувом при n_ном=4950 об/хв та Р_к=0,13 МПа зросла на 26,1%, а М_е – на 26,3% порівняно з даними без наддуву.

Оптимальна область крутного моменту М_е =160-180 Нм досягається при n=900-2700 об/хв та Р_к =0,105-0,12 МПа.

В результаті регулювання тиску наддуву максимальний М_е=189,79Нм досягається при n=4500об/хв та Р_к=0,173МПа.

Література

 

1. А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», М.: Высш. школа, 1980. – 400с.

2. І.П.Ріло, О.П.Рижий «Методичні вказівки 032-176» до виконання практичних робіт і курсового проекту з дисципліни «Автомобільні двигуни» для студентів денної і заочної форм навчання спеціальності 6.090200 «Автомобілі та автомобільне господарство». Рівне: НУВГП, 2005 р. – 37 с.

3. Тимченко І.І., Гутаревич Ю.Ф. «Автомобільні двигуни». Харків: Основа, 1996.

4. www.autosite.com.ua

5. www.drive.ru

6. www.carsguru.net

7. www.motor-house.dp.ua

8. www.infocar.com.ua

9. sp-art.at.ua