Розрахунок автомобільного двигуна
двигуна" width="178" height="46" align="BOTTOM" border="0" />;
%
5. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна
5.1 Мінімальна частота обертання двигуна
nmin= n / 5, об/хв.
nmin=3300/5=660 об/хв
5.2 Максимальна частота обертання двигуна
для бензинового двигуна
nmax = 1,1Ч n, об/хв.
nmax=1,1·3300=3630 об/хв
5.3 Крок зміни частоти обертання
Dn = nmin, об/хв.
Dn =660 об/хв.
Послідовність розрахункових частот:
n1 = nmin;
n2 = n1 + Dn;
n3 = n2 + Dn;
n4 = n3 + Dn;
n5 = n.
n1 =660 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 = nmax .
5.4 Для розрахункових частот обертання колінчастого валу
визначають розрахункові точки кривої ефективної потужності для бензинових двигунів:
,
кВт;
кВт;
кВт;
кВт;
кВт;
кВт;
кВт.
де Ne – номінальна ефективна потужність 4.5; Nex – біжуче значення ефективної потужності (кВт) для конкретних обертів швидкісної характеристики (nx); nx - біжуче значення швидкості обертання колінчастого валу (об/хв).
5.5 Біжучі значення ефективного крутного моменту
,
НЧм.
НЧм;
НЧм;
НЧм;
НЧм;
НЧм;
НЧм.
5.6 Біжучі значення середнього ефективного тиску для розрахункових частот обертання колінчастого валу
,
МПа.
МПа.
МПа.
МПа.
МПа.
МПа.
МПа.
5.7 Біжучі значення середньої швидкості поршня
,
м/с.
м/с;
м/с;
м/с;
м/с;
м/с;
м/с.
5.8 Біжучі значення середнього тиску механічних втрат для прийнятих частот обертання
визначають за формулами пункту 3.6 для відповідної швидкості поршня Vп.срх.
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
5.9 Біжучі значення питомих ефективних витрат палива визначають за формулами
для бензинового двигуна
,
г/кВтЧгод;
г/кВтЧгод;
г/кВтЧгод;
г/кВтЧгод;
г/кВтЧгод;
г/кВтЧгод;
г/кВтЧгод.
де ge – питомі витрати палива при номінальній потужності 3.11; gex – біжуче значення питомих ефективних витрат палива.
5.10 Біжучі значення годинних витрат палива
,
кг/год.
кг/год
кг/год
кг/год
кг/год
кг/год
кг/год
5.11 Залежність коефіцієнта надлишку повітря від частоти обертання
визначають через ax, що відповідають розрахунковим частотам обертання.
Для бензинових двигунів значення коефіцієнту при мінімальній частоті обертання nmin дорівнює a1 = (0,8…0,85)Чa.
a1 =0,83·0,84=0,7 Подальші значення коефіцієнтів a2, a3, a4, a5 та a6 дорівнюють a=0,94
5.12 Біжучі значення коефіцієнта наповнення визначають за формулою
,
5.13 Результати розрахунків зводяться в таблицю
Таблиця 5.1
| № п/п |
Швидкість обертання nx, об/хв |
Параметри зовнішньої швидкісної характеристики |
||||||||
|
Nex, кВт |
Мех , НЧм |
Pex , МПа |
Vп.срх , м/с |
Рмх , МПа |
gex , г/кВтЧгод |
Gтх , кг/год |
ax | hvx | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 1 | 660 | 18,52 | 268,15 | 0,79 | 1,80 | 0,08 | 395,08 | 7,32 | 0,7 | 0,77 |
| 2 | 1320 | 39,60 | 286,65 | 0,85 | 3,60 | 0,10 | 355,26 | 14,07 | 0,84 | 0,89 |
| 3 | 1980 | 59,40 | 286,65 | 0,85 | 5,40 | 0,13 | 339,95 | 20,19 | 0,84 | 0,85 |
| 4 | 2640 | 74,10 | 268,15 | 0,79 | 7,20 | 0,16 | 349,14 | 25,87 | 0,84 | 0,82 |
| 5 | 3300 | 79,84 | 231,17 | 0,68 | 9,00 | 0,19 | 382,83 | 30,57 | 0,84 | 0,78 |
| 6 | 3630 | 78,17 | 205,74 | 0,61 | 9,90 | 0,20 | 408,86 | 31,96 | 0,84 | 0,74 |
5.14 За результатами розрахунків будуються графіки зовнішньої швидкісної характеристики
Приклади зовнішньої швидкісної характеристики бензинового двигуна приведено на рис. 1, 2.
Зовнішньо швидкісна характеристика бензинового двигуна
6. Кінематичний розрахунок кривошипно-шатунного механізму
6.1 Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна
=0,26
визначають за таблицею вихідних параметрів.
6.2 Радіус кривошипу
,
мм,
R=
мм
де S – хід поршня у відповідності за пунктом 4.3.
6.3 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
lў
та j
наведені значення
виразу
.
Результати розрахунків переміщення поршня
| Кут повороту колінчастого валу j° |
Значення виразу
|
Переміщення поршня Sх, мм |
| 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0,0191 | 0,78 |
| 20 | 0,0755 | 3,09 |
| 30 | 0,1665 | 6,81 |
| 40 | 0,2877 | 11,77 |
| 50 | 0,4335 | 17,74 |
| 60 | 0,5975 | 24,45 |
| 70 | 0,7728 | 31,62 |
| 80 | 0,9525 | 38,98 |
| 90 | 1,13 | 46,24 |
| 100 | 1,2997 | 53,18 |
| 110 | 1,4568 | 59,61 |
| 120 | 1,5975 | 65,37 |
| 130 | 1,7191 | 70,35 |
| 140 | 1,8197 | 74,46 |
| 150 | 1,8985 | 77,69 |
| 160 | 1,9549 | 80,00 |
| 170 | 1,9887 | 81,38 |
| 180 | 2 | 81,84 |
| 190 | 1,9887 | 81,38 |
| 200 | 1,9549 | 80,00 |
| 210 | 1,8985 | 77,69 |
| 220 | 1,8197 | 74,46 |
| 230 | 1,7191 | 70,35 |
| 240 | 1,5975 | 65,37 |
| 250 | 1,4568 | 59,61 |
| 260 | 1,2997 | 53,18 |
| 270 | 1,13 | 46,24 |
| 280 | 0,9525 | 38,98 |
| 290 | 0,7728 | 31,62 |
| 300 | 0,5975 | 24,45 |
| 310 | 0,4335 | 17,74 |
| 320 | 0,2877 | 11,77 |
| 330 | 0,1665 | 6,81 |
| 340 | 0,0755 | 3,09 |
| 350 | 0,0191 | 0,78 |
| 360 | 0 | 0 |
6.4 Кутова швидкість обертання колінчастого валу
,
рад/с.
рад/с
6.5 Швидкість переміщення поршня у залежності від кута повороту
м/с,
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
lў
та j
приведені
значення виразу
.
Результати розрахунків зводять у таблицю в наступній формі:
Результати розрахунків швидкості поршня
| Кут повороту колінчастого валу j° |
Значення виразу
|
Швидкість поршня Vп, м/с |
| 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0,2181 | 3,08 |
| 20 | 0,4256 | 6,02 |
| 30 | 0,6126 | 8,66 |
| 40 | 0,7708 | 10,89 |
| 50 | 0,8940 | 12,64 |
| 60 | 0,9786 | 13,83 |
| 70 | 1,0233 | 14,46 |
| 80 | 1,0293 | 14,55 |
| 90 | 1 | 14,13 |
| 100 | 0,9403 | 13,29 |
| 110 | 0,8561 | 12,10 |
| 120 | 0,7534 | 10,65 |
| 130 | 0,6330 | 8,95 |
| 140 | 0,5148 | 7,28 |
| 150 | 0,3874 | 5,48 |
| 160 | 0,2584 | 3,65 |
| 170 | 0,1291 | 1,82 |
| 180 | 0 | 0 |
| 190 | -0,1291 | -1,82 |
| 200 | -0,2584 | -3,65 |
| 210 | -0,3874 | -5,48 |
| 220 | -0,5148 | -7,28 |
| 230 | -0,6330 | -8,95 |
| 240 | -0,7534 | -10,65 |
| 250 | -0,8561 | -12,10 |
| 260 | -0,9403 | -13,29 |
| 270 | -1 | -14,13 |
| 280 | -1,0293 | -14,55 |
| 290 | -1,0233 | -14,46 |
| 300 | -0,9786 | -13,83 |
| 310 | -0,8940 | -12,64 |
| 320 | -0,7708 | -10,89 |
| 330 | -0,6126 | -8,66 |
| 340 | -0,4256 | -6,02 |
| 350 | -0,2181 | -3,08 |
| 360 | 0 | 0 |
6.6 Прискорення поршня в залежності від кута повороту кривошипа
,
м/с2,
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
lў
та j
приведені
значення виразу
.
Результати розрахунків прискорення поршня
| Кут повороту колінчастого валу j° |
Значення виразу
|
Прискорення поршня
|
| 0 | 1,2600 | 6151,15 |
| 10 | 1,2291 | 6000,30 |
| 20 | 1,1889 | 5804,05 |
| 30 | 0,9960 | 4862,34 |
| 40 | 0,8111 | 3959,68 |
| 50 | 0,5977 | 2917,89 |
| 60 | 0,3700 | 1806,29 |
| 70 | 0,1428 | 697,13 |
| 80 | -0,0707 | -345,15 |
| 90 | -0,2600 | -1269,29 |
| 100 | -0,4179 | -2040,13 |
| 110 | -0,5412 | -2642,07 |
| 120 | -0,6300 | -3075,58 |
| 130 | -0,6879 | -3358,24 |
| 140 | -0,7209 | -3519,34 |
| 150 | -0,7360 | -3593,06 |
| 160 | -0,7405 | -3615,02 |
| 170 | -0,7405 | -3615,02 |
| 180 | -0,7400 | -3612,58 |
| 190 | -0,7405 | -3615,02 |
| 200 | -0,7405 | -3615,02 |
| 210 | -0,7360 | -3593,06 |
| 220 | -0,7209 | -3519,34 |
| 230 | -0,6879 | -3358,24 |
| 240 | -0,6300 | -3075,58 |
| 250 | -0,5412 | -2642,07 |
| 260 | -0,4179 | -2040,13 |
| 270 | -0,2600 | -1269,29 |
| 280 | -0,0707 | -345,15 |
| 290 | 0,1428 | 697,13 |
| 300 | 0,3700 | 1806,29 |
| 310 | 0,5977 | 2917,89 |
| 320 | 0,8111 | 3959,68 |
| 330 | 0,9960 | 4862,34 |
| 340 | 1,1889 | 5804,05 |
| 350 | 1,2291 | 6000,30 |
| 360 | 1,2600 | 6151,15 |
,
м/с26.7 За результатами розрахунків будуються графічні залежності Sх-1, Vп -2 та gп -3 від кута повороту кривошипа j
7. Побудова індикаторної діаграми циклу двигуна
7.1 Умовна висота камери згоряння у верхній мертвій точці
,
мм,
Hc=
мм
де S - хiд поршня у мм.
7.2 Умовна висота камери згоряння у момент початку розширення
,
мм,
Hz= Hc=14,11мм
де r
- ступінь попереднього
розширення
у вiдповiдностi
з пунктом 2.29. Для
бензинових
двигунів
.
7.3 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 S190°...S350° i вносяться у таблицю наступного пункту.
7.4 Проміжні значення тиску визначають за формулою
,
МПа,
де n1 - показник політропи стиску у вiдповiдностi до пункту 2.15. В якості Sx у розрахункову формулу підставляють значення S190°...S350°.
| Кут повороту колінчастого валу j0 | Переміщення поршня Sп, мм |
Проміжні
значення тиску
стиску
|
| 190 | 81,38 | 0,09 |
| 200 | 80,00 | 0,09 |
| 210 | 77,69 | 0,09 |
| 220 | 74,46 | 0,10 |
| 230 | 70,35 | 0,10 |
| 240 | 65,37 | 0,11 |
| 250 | 59,61 | 0,12 |
| 260 | 53,18 | 0,14 |
| 270 | 46,24 | 0,16 |
| 280 | 38,98 | 0,19 |
| 290 | 31,62 | 0,24 |
| 300 | 24,45 | 0,30 |
| 310 | 17,74 | 0,39 |
| 320 | 11,77 | 0,51 |
| 330 | 6,81 | 0,68 |
| 340 | 3,09 | 0,89 |
| 350 | 0,78 | 1,09 |
7.5 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 S10°...S170° , які вносяться у таблицю наступного пункту.
7.6. Проміжні значення тиску розширення визначають за формулою
,
МПа,
де n2 - показник політропи розширення у вiдповiдностi до пункту 2.32. Замість Sх у розрахункову формулу підставляють значення S10°...S170°.
Результати розрахунку проміжних значень тиску лінії розширення
| Кут повороту колінчастого валу j0 |
Переміщення поршня Sп, мм |
Проміжні
значення тиску
стиску
|
| 370 | 0,78 | 4,16 |
| 380 | 3,09 | 3,48 |
| 390 | 6,81 | 2,73 |
| 400 | 11,77 | 2,09 |
| 410 | 17,74 | 1,62 |
| 420 | 24,45 | 1,28 |
| 430 | 31,62 | 1,03 |
| 440 | 38,98 | 0,86 |
| 450 | 46,24 | 0,73 |
| 460 | 53,18 | 0,64 |
| 470 | 59,61 | 0,57 |
| 480 | 65,37 | 0,52 |
| 490 | 70,35 | 0,48 |
| 500 | 74,46 | 0,45 |
| 510 | 77,69 | 0,43 |
| 520 | 80,00 | 0,42 |
| 530 | 81,38 | 0,41 |
7.7 За зразком (рис.4) будується в тонких лініях теоретична індикаторна діаграма розрахункового циклу ДВЗ
Використовуючи наступні розрахункові показники: Рa=0,087 МПа; Рc =1,17 МПа; Рz= 4,45 МПа; Рzд =3,78 МПа; Рв= 0,41 МПа; Рс 190°...Рс 350° - пункт 7.3; Рb 10°...Рb 170° - пункт 7.6; S =82 мм; Hс =14,11мм; Hz =14,11мм
7.8 Проводиться уточнення індикаторної діаграми
Враховуючи значення тисків Рк (пункт 2.3) та Рr (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":
;
;
=0,12
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 Результатів динамічного розрахунку КШМ для кутів повороту колінчастого валу від 0° до 720° з кроком 10° за наступною формою. Таблиця 8.1
Результати динамічного розрахунку КШМ
|
Кут φ, град |
Тиск Ргкз, Мпа |
Прискор 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 | -6,089643 | 0 | 0 | 0 | 0 | -0,53 |
| 10 | 0,08034 | 12230,59 | -0,07081 | -5,940301 | -0,2705 | -0,01217 | -0,27077 | -0,26717 | -0,41 |
| 20 | 0,08034 | 11312,24 | -0,07081 | -5,746013 | -0,5177 | -0,04608 | -0,51977 | -0,47059 | -0,1 |
| 30 | 0,08034 | 9859,74 | -0,07081 | -4,813717 | -0,63987 | -0,08382 | -0,64563 | -0,51254 | 0,073 |
| 40 | 0,08034 | 7983,84 | -0,07081 | -3,92008 | -0,67446 | -0,11398 | -0,6839 | -0,44312 | 0,316 |
| 50 | 0,08034 | 5823,72 | -0,07081 | -2,888714 | -0,59782 | -0,12076 | -0,60978 | -0,29174 | 0,48 |
| 60 | 0,08034 | 3528,34 | -0,07081 | -1,788228 | -0,42758 | -0,09834 | -0,4387 | -0,1287 | 0,54 |
| 70 | 0,08034 | 1249,62 | -0,07081 | -0,690159 | -0,19024 | -0,04756 | -0,19614 | -0,02036 | 0,513 |
| 80 | 0,08034 | -877,18 | -0,07081 | 0,3416966 | 0,071243 | 0,018737 | 0,073665 | -0,00606 | 0,418 |
| 90 | 0,08034 | -2744,26 | -0,07081 | 1,256593 | 0,316604 | 0,084533 | 0,327685 | -0,08453 | 0,29 |
| 100 | 0,08034 | -4280,07 | -0,07081 | 2,0197317 | 0,512566 | 0,134805 | 0,529993 | -0,22143 | 0,176 |
| 110 | 0,08034 | -5454,22 | -0,07081 | 2,6156467 | 0,636209 | 0,159052 | 0,655931 | -0,36709 | 0,08 |
| 120 | 0,08034 | -6272,60 | -0,07081 | 3,0448216 | 0,684022 | 0,157325 | 0,701807 | -0,47813 | 0,02 |
| 130 | 0,08034 | -6776,37 | -0,07081 | 3,3246552 | 0,657276 | 0,13277 | 0,670422 | -0,52451 | 0 |
| 140 | 0,08034 | -7031,19 | -0,07081 | 3,4841458 | 0,576853 | 0,097488 | 0,584929 | -0,50475 | 0,02 |
| 150 | 0,08034 | -7115,48 | -0,07081 | 3,5571249 | 0,456707 | 0,059829 | 0,460817 | -0,42519 | 0,080 |
| 160 | 0,08034 | -7107,64 | -0,07081 | 3,5788736 | 0,312218 | 0,027787 | 0,313466 | -0,30285 | -0,53 |
| 170 | 0,08034 | -7073,34 | -0,07081 | 3,5788736 | 0,157863 | 0,007104 | 0,158021 | -0,15676 | -0,41 |
| 180 | 0,08034 | -7073,34 | -0,07081 | 3,5764571 | 0 | 0 | 0 | 0 | -0,19 |
| 190 |