, м/с2,
де - кут повороту кривошипа; R - радіус кривошипа, м.
Розрахунок проводиться для значень від 0 до 360 з кроком 10 використовуючи таблицю D-3 додатку D, в якій для заданих та приведені значення виразу .
Результати розрахунків прискорення поршня
Кут повороту колінчастого валу | Значення виразу | Прискорення поршня , м/с2 | |
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 |
6.7 За результатами розрахунків будуються графічні залежності Sх-1, Vп -2 та п -3 від кута повороту кривошипа
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 - 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 0 | Переміщення поршня Sп, мм | Проміжні значення тиску стиску , МПа | |
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 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 0 | Переміщення поршня Sп, мм | Проміжні значення тиску стиску , МПа | |
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 ц, 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 | 0,08087 | -7073,34 | -0,0678 | 3,5788736 | -0,158 | 0,00711 | -0,15816 | 0,156892 | 0,073 | |
200 | 0,08251 | -7107,64 | -0,0586 | 3,5788736 | -0,3133 | 0,027884 | -0,31456 | 0,303905 | 0,316 |
Результати розрахунків, за пунктами 7.3...7.8, біжучих значень тиску Ргк.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 = 520360 = 160.
Зусилля, що діє на поршень двигуна внутрішнього згоряння, визначають за формулою: , кН. Значення Ргк.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 Рг визначають для кожного кута в інтервалі 0... 720 i вносять у стовпчик 4 таблиці.
З таблиці А-1 визначають значення мас: поршневої групи mп , шатунної групи mш , та маси неврівноваженої одного коліна валу без противаг mк:
mп=0,73 кг ; mш=0,93 кг; mк=0,86 кг
Маса шатунної групи, зосереджена на осі поршневого пальця
mш.п.=0,275· mш, кг.
mш.п.=0,275·0,93=0,26 кг
Маса шатунної групи, зосереджена на осі кривошипа
mш.к.=0,725· mш, кг.
mш.к.=0,725·0,93=0,26 кг
Маса, що здійснює зворотно-поступальний рух
, кг.
mj=0,73+0,26=0,99 кг
Маса, що здійснює обертальний рух
для V-подібного двигуна
mR= mк+2· mш.к ;
mR=0,86+2·0,26=1,12 кг
Силу інерції зворотно-поступального руху визначають за формулою
Pj=- mj ·jп·10??, 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. 8.13. 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 Рj 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.
Схема сил, що діють на КШМ.
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 Ne=f(P0) та Мe=f(P0);
поверхневі діаграми.
Визначаємо зокрема: ефективна потужність Ne=53,26 кВт; номінальний ефективний крутний момент Ме=113,08, min та min частоту обертання двигуна: nmin=900 об/хв, nmax=4950 об/хв. Визначено типові витрати палива та коефіцієнт наповнення, які зображенні в таблицях:
n | ge | зv | |
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 Ne та крутний момент Ме, що підвищує ефективність двигуна та зменшує витрати палива. Цю залежність графічно зображено на поверхневих діаграмах.
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: Nе двигуна з наддувом при nном=4950 об/хв та Рк=0,13 МПа зросла на 26,1%, а Ме - на 26,3% порівняно з даними без наддуву. Оптимальна область крутного моменту Ме =160-180 Нм досягається при n=900-2700 об/хв та Рк =0,105-0,12 МПа. В результаті регулювання тиску наддуву максимальний Ме=189,79Нм досягається при n=4500об/хв та Рк=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. Савельев Г.М., Зайченко Г.Н. Турбокомпрессоры и теплообменники надувного воздуха автомобыльныных двигателей: Учебное пособые для институтов повышения квалифыкации. Ярославль: Верх-Волж. Кн. Изд-во, 1983.-96с.
5. www.autosite.com.ua
6. www.drive.ru
7. www.carsguru.net
8. www.motor-house.dp.ua
9. www.infocar.com.ua
10. sp-art.at.ua
