Расчёт двигателя КамАЗ-740

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

КРЕМЕНЧУГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. ОСТРОГРАДСКОГО

Факультет: Автомобильный

Кафедра: ''Автомобили и тракторы ''

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине: «Основы теории и динамики энергетических установок самоходных машин»

г. Кременчуг 2009 г.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Двигатель - прототип - КамАЗ-740

2. Номинальная эффективная мощность двигателя - прототипа

3. Номинальная частота вращения вала двигателя

4. Число цилиндров

5. Диаметр цилиндра

6. Ход поршня

7. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

8. Степень сжатия

9. Коэффициент избытка воздуха

10. Давление наддува --

11. Степень предварительного расширения

12. Степень повышения давления

13. Коэффициент эффективного использования теплоты при сгорании

14. Масса поршня

15. Масса шатуна

16. Отношение массы шатуна, приведенного к поршню, к массе шатуна

17. Масса кривошипа

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ КамАЗ-740

На автомобилях КамАЗ установлен четырехтактный восьми цилиндровый V-образный дизельный двигатель, отличающийся высокой надежностью и повышенным ресурсом благодаря применению:

· поршней, отлитых из высококремнистого алюминиевого сплава с чугунной упрочняющей вставкой под верхнее компрессионное кольцо и коллоидно-графитным приработочным покрытием юбки;

· гильз цилиндров, объемно закаленных и обработанных плосковершинным хонингованием;

· поршневых колец с хромовым и молибденовым покрытием боковых поверхностей;

· азотированного или упрочненного индукционной закалкой коленчатого вала;

· трехслойных тонкостенных сталебронзовых вкладышей коренных и шатунных подшипников;

· закрытой системы охлаждения, заполняемой низкозамерзающей охлаждающей жидкостью, с автоматическим регулированием температурного режима, гидромуфтой привода вентилятора и термостата;

· высокоэффективной фильтрации масла, топлива и воздуха бумажными фильтрующими элементами;

· электрофакельного устройства подогрева воздуха, обеспечивающего надежный пуск двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха до -25°С.

двигатель сгорание нагрузочный

3. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Схема V - образного кривошипно-шатунного механизма

Расчет параметров рабочего процесса двигателя является определяющим этапом работы над проектом, от качества, выполнения которого зависят получаемые результаты на всех этапах проектирования. Расчет рабочего процесса двигателя проводится при номинальном режиме работы двигателя.

На этом этапе проводятся следующие расчеты:

3.1 Определение характерных объемов цилиндров.

3.2 Определение характеристик горючей смеси и продуктов сгорания.

3.3 Определение параметров состояния газа перед впускными и за выпускными клапанами.

3.4 Определение показателей процесса наполнения.

3.5 Определение показателей процесса сжатия и сгорания.

3.6 Определение показателей процесса расширения.

3.7 Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя.

3.1 ХАРАКТЕРНЫЕ ОБЪЕМЫ ЦИЛИНДРОВ

Рабочий объем цилиндра Vh, м3

, [1]

где D - диаметр цилиндра, м;

S - ход поршня, м.

Объем камеры сжатия Vc, м3

, [2]

где е - степень сжатия.

Полный объем цилиндра Va, м3

[3]

Текущий объем Vц, м3

[4]

где ц - угол поворота кривошипа, град;

лкр - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Результаты расчета, произведенные от 0 до 720 град. с интервалом 10град. сводим в таблицу 1 и строим график зависимостей изменения объема цилиндра от угла поворота кривошипа.

Таблица 1. Зависимость объема цилиндра от угла поворота кривошипа

Параметры	Угол поворота кривошипа ц, град
	0 360	10 370	20 380	30 390	40 400	50 410	60 420	70 430	80 440	90 450	100 460	110 470	120 480
Объем цилиндра V, дм3	0,085	0,0098	0,137	0,199	0,282	0,382	0,494	0,614	0,736	0,857	0,972	1,078	1,172

130 490	140 500	150 510	160 520	170 530	180 540	190 550	200 560	210 570	220 580	230 590	240 600	250 610	260 620	270 630
1,254	1,322	1,374	1,412	1,434	1,4 42	1,4 35	1,4 12	1,3 74	1,3 22	1,2 54	1,1 73	1,0 78	0,9 72	0,8 57

280 640	290 650	300 660	310 670	320 680	330 690	340 700	350 710	360 720
0,736	0,614	0,494	0,382	0,282	0,199	0,137	0,098	0,085

Литраж двигателя Vл, м3

[5]

где z - число цилиндров.

3.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг

, [6]

Данные по эмпирическому составу топлива выбирают из таблицы 2[2].

Таблица 2. Элементарный состав жидкого топлива в массовых долях

Химические элементы	Дизельное топливо
С	0,870
Н	0,126
О	0,004

где С - массовая доля в топливе углерода (0,870);

Н - массовая доля в топливе водорода (0,126);

О - массовая доля в топливе кислорода (0,004);

О2в - объемная доля кислорода в воздухе, (0,21).

Количество горючей смеси на 1 кг топлива, кмоль/кг

[7]

где б - коэффициент избытка воздуха.

Количество продуктов сгорания на 1 кг топлива, кмоль/кг, при б > 1

[8]

Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси при сгорании

[9]

3.3 ПАРАМЕТРЫ СГОРАНИЯ ГАЗА ПЕРЕД ВПУСКНЫМИ И ЗА ВЫПУСКНЫМИ КЛАПАНАМИ

Давление свежего заряда перед впускными клапанами для двигателей без наддува МПа.

, [10]

где р0 - давление окружающей среды, МПа (0,101 МПа) [2]

ДрS - потеря давления во впускном трубопроводе, МПа (0,005) [2].

Температура свежего заряда перед впускными клапанами для двигателей без наддува, К

, [11]

где Т0 - температура окружающей среды, К (293 К).

ДТS - температура подогрева свежего заряда, К (10 К) [1].

Давление газа за выпускными клапанами двигателя без наддува рТ, МПа

, [12]

где ДрТ - перепад давления в выпускном трубопроводе, МПа (0,005) [1];

3.4 ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА НАПОЛНЕНИЯ

Показатели процесса наполнения зависят не только от организации данного процесса, но и от процесса выпуска отработавших газов предыдущего цикла, поскольку в цилиндре остается некоторое их остаточное количество Мr и они имеют относительно высокую температуру Тr и избыточное давление рr.

Количество остаточных газов Мr, кмоль

, [13]



где Rм - универсальная газовая постоянная (Rм =8134 Дж/кмоль К) [1].

Температура остаточных газов в начале процесса впуска Тr = 800 К[2].

Давление остаточных газов рr, МПа

где kr - коэффициент, учитывающий перепад давления остаточных газов в цилиндре по отношению к давлению за выпускными клапанами в конце процесса выпуска (1,11) [2].

,

где kа -коэффициент, учитывающий перепад давления рабочей смеси перед впускными клапанами по отношению к давлению в цилиндре в конце процесса наполнения (0,95) [2].

Давление в процессе наполнения для получения расчетной индикаторной диаграммы принимают величиной постоянной, равной ра.

Важным показателем процесса наполнения является коэффициент наполнения зv, представляющий собой отношение действительного количества свежей смеси Мсм, заполнившей цилиндр, к количеству смеси Мсм.0, которое может заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре окружающей среды.

. [14]

Коэффициент наполнения можно определить по формуле

[15]



где ДТ - повышение температуры заряда от стенок цилиндра, К (15 К) [1].

Коэффициент остаточных газов г

[16]

Температура в конце процесса наполнения Та, К

[17]

Количество свежей смеси, заполнившей цилиндр, Мсм, Кмоль для двигателя без наддува

, [18]

Количество рабочей смеси Ма, Кмоль

. [19]

3.5 ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССОВ СЖАТИЯ И СГОРАНИЯ

Изменение давления в цилиндре в процессе сжатия р, МПа

, [20]

где nc - показатель политропы сжатия (1,40).

Давление в конце процесса сжатия рс, МПа

[21]

.

Температура в конце процесса сжатия Тс, К

. [22]

Коэффициент молекулярного изменения при рабочей смеси

. [23]

Температура в условном конце сгорания Тz, К, определяют, решая уравнение

. [24]

Для дизеля входящие в уравнение зависимости определяют по формулам

, [25]

где . [26]

; [27]

, [28]

где Ас=19,8; Вс=0,0042.

Qн - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг (42500) [1].

ж - коэффициент эффективности использования теплоты при сгорании (0,75).

Степень предварительного расширения

[29]



Давление в конце сгорания, МПа

[30]

Объем цилиндра в конце сгорания Vz , м3

[31]

3.6 ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ

Давление в цилиндре на участке предварительного расширения принимают величиной постоянной, равной рz.

Степень последующего расширения

. [32]

При последующем расширении давление в цилиндре уменьшается в результате увеличения объема и рассчитывается по формуле

, [30]

где np - показатель политропного расширения (1,22) [5].

Температура в конце процесса расширения Тв, К

. [31]

Таблица 3. Индикаторная диаграмма

Линия сжатия	Линия расширения
180	1,442	0,092	360	0,085	8,038
190	1,435	0,093	370	0,098	8,038
200	1,412	0,095	380	0,137	5,972
210	1,374	0,098	390	0,199	3,809
220	1,322	0,103	400	0,282	2,507
230	1,254	0,111	410	0,382	1,743
240	1,173	0,122	420	0,494	1,280
250	1,078	0,137	430	0,614	0,087
260	0,972	0,158	440	0,736	0,794
270	0,857	0,189	450	0,857	0,662
280	0,736	0,234	460	0,972	0,569
290	0,614	0,295	470	1,078	0,503
300	0,494	0,396	480	1,173	0,454
310	0,382	0,562	490	1,254	0,419
320	0,282	0,849	500	1,322	0,94
330	0,199	1,365	510	1,374	0,376
340	0,137	2,276	520	1,412	0,364
350	0,098	3,579	530	1,435	0,357
360	0,087	4,345	540	1,442	0,355

3.7 ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

Среднее индикаторное давление рi, МПа

[32]

где м - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, учитывающий отличие действительной диаграммы по сравнению с расчетной (0,97) [2].

Индикаторная мощность двигателя Ni,кВт

, [33]

где ф - тактность двигателя (2 или 4)

Средний индикаторный момент Мi, Нм

[34]

Экономичность работы цикла двигателя внутреннего сгорания характеризуется индикаторным к.п.д., который представляет собой отношение тепла, преобразованного в индикаторную работу цикла Li к теплу, затраченного за цикл топлива Qm

[35]

Индикаторный к.п.д. двигателя можно определить по формуле, полученной после преобразования

[36]

Удельный индикаторный расход топлива, г/кВт.ч

[37]

Среднее давление механических потерь, МПа

, [38]

где Vn - средняя скорость поршня м/с

[39]

aм и bм - эмпирические коэффициенты, зависящие от соотношения хода поршня к диаметру цилиндра и типа двигателя[6].

n - частота вращения двигателя, об/мин

Механический к.п.д. двигателя

[40]

Среднее эффективное давление, МПа

[41]

Эффективный к.п.д. двигателя

[42]

Эффективная мощность двигателя Ne, кВт

[43]

Эффективный момент Ме, Нм

[44]

Удельный эффективный расход топлива, г/кВт ч

[45]

Часовой расход топлива, кг/час

[46]

Таблица 3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя

Параметр	Индикаторные параметры	Эффективные показатели
Мощность, кВт	203	152,6
Частота вращения, об/мин	2500	2500
Момент, Нм	775,4	582
К.п.д.	0,53	0,40
Удельный расход топлива, г/кВт ч	159,9	212,8
Часовой расход топлива, кг/ч	-	32,4



Силы, действующие в кривошипно - шатунном механизме

4. ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

К выполнению данного проекта приступают после определения показателей рабочего процесса. Расчеты проводят в следующей последовательности:

1. определение движущихся масс кривошипно-шатунного механизма.

2. определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме и крутящего момента.

Для проведения расчетов необходимо составить схему сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.

4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАСС ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

Масса возвратно-поступательно движущихся частей, кг

ma=mп+mшп; [47]

ma=3,4+0,320=3,72

где mп - масса поршня, кг;

mшп - масса шатуна, приведенная к поршню, кг.

Масса вращающихся частей mв, кг

mв=mк+mшк, [48]

mв=6,5+3,08·2=12,66

где mк - масса кривошипа;

mшк - масса шатуна, приведенная к кривошипу, кг.

Так как при V-образном расположении цилиндров обычно с кривошипом шарнирно соединяется два шатуна разных цилиндров то в этом случае масса шатуна, приведенная к кривошипу должна быть удвоена.

4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ МЕХАНИЗМЕ И КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Сила от давления газов на поршень Pг, Н

[49]

Где рг - давление газов в цилиндре, МПа.

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс, Н

[50]

Суммарная сила, действующая на поршень, Н

Pа=Pг + Pj [51]

Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра, Н

PN=Pа tgв [52]

Где в - угол отклонения шатуна от оси цилиндра

Сила действующая вдоль шатуна, Н

Pш= Pа/Cosв [53]

Радиальная сила, действующая на кривошип, Н

[54]

Центробежная сила действующая на кривошип, Pц, Н

Pц= - mв·r·щ2 [55]

Полная радиальная сила на кривошипе, Н

PRУ = PR+ Pц [56]

Тангенциальная сила на одном кривошипе, Н

[57]

Крутящий момент на кривошипе от одного цилиндра, Нм

Мк=PТ·r [58]

Результаты расчета сил и момента на кривошипе сводят в таблицах

Таблица 5. Силы, действующие на поршень

ц,град	р, МПа	Рг, кН	Рj, кН	Ра, кН
0	0,092	-0,10	-23,29	-23,29
10	0,092	-0,10	-22,61	-22,71
20	0,092	-0,10	-20,92	-21,02
30	0,092	-0,10	-18,25	-18,35
40	0,092	-0,10	-14,84	-14,90
50	0,092	-0,10	-10,82	-10,92
60	0,092	-0,10	-6,59	-6,69
70	0,092	-0,10	-2,39	-2,49
80	0092	-0,10	1,55	1,45
90	0,092	-0,10	5,01	4,91
100	0,092	-0,10	7,86	7,76
110	0,092	-0,10	10,06	9,96
120	0,092	-0,10	11,60	11,50
130	0,092	-0,10	12,56	12,46
140	0,092	-0,10	13,07	12,97
150	0,092	-0,10	13,25	13,15
160	0,092	-0,10	13,26	13,16
170	0,092	-0,10	13,21	13,11
180	0,092	-0,10	13,19	13,09
190	0,093	-0,09	13,21	13,12
200	0,095	-0,07	13,26	13,19
210	0,098	-0,03	13,25	13,22
220	0,104	0,03	13,06	13,10
230	0,111	0,12	12,56	12,68
240	0,122	0,24	11,59	11,83
250	0,137	0,41	10,05	10,45
260	0,158	0,64	7,85	8,49
270	0,187	0,98	4,99	5,97
280	0,230	1,46	1,53	2,99
290	0,295	2,19	-2,40	-0,21
300	0,396	3,34	-6,61	-3,27
310	0,562	5,22	-10,84	-5,62
320	0,849	8,47	-14,86	-6,36
330	1,365	14,29	-18,27	-3,97
340	2,278	24,60	-20,93	3,67
350	3,579	39,34	-22,62	16,72
360	4,345	48	-23,19	24,81
360	8,038	89,77	-23,19	66,58
370	8,038	89,77	-22,61	67,16
380	5,972	66,52	-20,91	45,61
390	3,809	41,95	-18,24	23,71
400	2,507	27,22	-14,78	12,43
410	1,743	18,58	-10,80	7,78
420	1,280	13,34	-6,57	6,77
430	0,087	10,03	-2,37	7,66
440	0,794	7,84	1,56	9,40
450	0,662	6,34	5,02	11,36
460	0,569	5,29	7,87	13,17
470	0,503	4,54	10,06	14,61
480	0,454	4,01	11,650	15,60
490	0,419	3,60	12,57	16,16
500	0,94	3,31	13,07	16,38
510	0,376	3,10	13,25	16,36
520	0,364	2,96	13,26	16,23
530	0,357	2,89	13,26	16,11
540	0,355	2,87	13,19	16,06
550	0,118	0,19	13,21	13,40
560	0,118	0,19	13,26	13,45
570	0,118	0,19	13,25	13,44
580	0,118	0,19	13,06	13,25
590	0,118	0,19	12,56	12,74
600	0,118	0,19	11,59	11,77
610	0,118	0,19	10,04	10,23
620	0,118	0,19	7,84	8,03
630	0,118	0,19	4,98	5,16
640	0,118	0,19	1,51	1,70
650	0,118	0,19	-2,42	-2,24
660	0,118	0,19	-6,63	-6,44
670	0,118	0,19	-10,86	-10,67
680	0,118	0,19	-14,84	-14,65
690	0,118	0,19	-18,28	-18,09
700	0,118	0,19	-20,94	-20,76
710	0,118	0,19	-22,62	-22,44
720	0,118	0,19	-23,19	-23,0

Таблица 6. Силы, действующие на шатун и кривошип

ц,град	р, Мпа	Рш, кН	РR, кН	РТ, кН	Mk, Нм
0	0,092	-23,29	-23,29	0	0
10	0,092	-22,74	-22,18	-5,01	-300,8
20	0,092	-21,12	-19,08	-9,06	-543,5
30	0,092	-18,53	-14,62	-11,38	-683
40	0,092	-15,14	-9,69	-11,63	-697,7
50	0,092	-11,17	-5,22	-9,88	-592,8
60	0,092	-6,89	-1,92	-6,61	-396,9
70	0,092	-2,57	-0,22	-2,56	-153,8
80	0092	1,50	-0,15	1,49	89,7
90	0,092	5,10	-1,40	4,91	294,3
100	0,092	8,06	-3,50	7,26	435,9
110	0,092	10,31	-5,91	8,44	506,6
120	0,092	11,84	-8,19	8,55	512,7
130	0,092	12,75	-10,07	7,82	469,1
140	0,092	13,17	-11,43	6,55	392,9
150	0,092	13,28	-12,30	4,99	299,5
160	0,092	13,22	-12,79	3,33	199,8
170	0,092	13,13	-13,02	1,66	99,4
180	0,092	13,09	-13,09	0	0
190	0,093	13,14	-13,03	-1,66	-99,9
200	0,095	13,25	-12,82	-3,34	-200,7
210	0,098	13,35	-12,37	-5,03	-301,6
220	0,104	13,31	-11,54	-6,62	-397,2
230	0,111	12,97	-10,24	-7,96	-477,6
240	0,122	12,18	-8,42	-8,80	-528
250	0,137	10,82	-6,20	-8,87	-532,2
260	0,158	8,82	-3,82	-7,95	-477
270	0,187	6,21	-1,70	-5,9*7	-358
280	0,230	3,11	-0,31	-3,09	-185,4
290	0,295	-0,22	-0,02	0,22	13,1
300	0,396	-3,37	-0,94	3,24	194,1
310	0,562	-5,75	-2,69	5,09	305,1
320	0,849	-6,46	-4,14	4,96	297,4
330	1,365	-4,01	-3,17	2,46	147,7
340	2,278	3,69	3,33	-1,58	-94,7
350	3,579	16,74	16,33	-3,67	-220,4
360	4,345	24,81	24,81	0	1,5
360	8,038	66,58	66,58	0,07	4,1
370	8,038	67,24	65,57	14,90	893,7
380	5,972	45,82	41,37	19,69	1181,7
390	3,809	23,94	18,87	14,72	883,5
400	2,507	12,63	8,08	9,71	582,7
410	1,743	7,95	3,71	7,04	422,3
420	1,280	6,97	1,94	6,7	401,8
430	0,087	7,93	0,69	7,9	473,9
440	0,794	9,77	-0,98	9,72	583
450	0,662	11,82	-3,26	11,36	681,7
460	0,569	13,68	-5,95	12,32	739,2
470	0,503	15,12	-8,68	12,38	742,9
480	0,454	16,06	-11,12	11,59	695,2
490	0,419	16,53	-13,07	10,13	607,8
500	0,94	16,64	-14,44	8,26	495,6
510	0,376	16,51	-15,31	6,2	371,9
520	0,364	16,30	-15,78	4,1	245,8
530	0,357	16,12	-16	2,02	121,5
540	0,355	16,06	-16,06	0	-0,9
550	0,118	13,42	-13,31	-1,71	-102,5
560	0,118	13,51	-13,07	-3,42	-205,1
570	0,118	13,57	-12,57	-5,12	-307
580	0,118	13,46	-11,67	-6,71	-402,4
590	0,118	13,04	-10,29	-8,01	-480,5
600	0,118	12,12	-8,38	-8,76	-525,8
610	0,118	10,59	-6,06	-8,68	-520,9
620	0,118	8,34	-3,61	-7,52	-451,1
630	0,118	5,37	-1,47	-5,17	-310
640	0,118	1,77	-0,17	-1,76	-105,4
650	0,118	-2,31	-0,21	2,30	138,3
660	0,118	-6,63	-1,86	6,36	381,9
670	0,118	-10,92	-5,11	9,64	576,6
680	0,118	-14,88	-9,55	11,41	684,7
690	0,118	-18,27	-14,43	11,19	671,6
700	0,118	-20,85	-18,85	8,90	534,2
710	0,118	-22,46	-21,92	4,91	294,4
720	0,118	-23,0	-23,0	0	-2,9

По результатам динамического расчета строятся диаграммы сил по углу поворота кривошипа ц в пределах от 0 до 720 град., действующих на поршень, шатун и кривошип, а также момента кривошипа.

По данным изменения индикаторного момента одного цилиндра определяют суммарный индикаторный момент многоцилиндрового двигателя. Для двигателя с равномерным чередованием процессов период изменения суммарного момента ?, град

[59]

Для двигателя с неравномерным чередованием процессов

[60]

Для определения суммарного индикаторного момента проводится наложение индикаторных моментов одного цилиндра со смещением по углу поворота коленчатого вала и с учетом порядка работы цилиндров. Просуммировав индикаторные моменты от всех цилиндров, получают суммарный индикаторный момент двигателя в зависимости от угла поворота ц коленчатого вала в пределах одного периода ?.

Порядок работы цилиндров: 1-5-4-2-6-3-7-8

Таблица 7. Индикаторные моменты многоцилиндрового двигателя

ц
0	0	-358	681,7	0	294,3	4,1	-0,9	-310	311,1
10	-300,8	-185,4	739,2	-99,9	435,9	893,7	-102,5	-105,4	1276
20	-543,5	13,1	742,9	-200,7	506,6	1181,7	-205,1	138,3	1632
30	-683	194,1	695,2	-301,6	512,7	883,5	-307	381,9	1375
40	-697,7	305,1	607,8	-397,2	469,1	582,7	-402,4	576,6	1043
50	-592,8	297,4	495,6	-477,6	392,9	422,3	-480,5	684,7	741
60	-396,9	147,7	371,9	-528	299,5	401,8	-525,8	671,6	441
70	-153,8	-94,7	245,8	-532,2	199,8	473,9	-520,9	534,2	151
80	89,7	-220,4	121,5	-477	99,4	583	-451,1	294,4	38
90	294,3	1,5	-0,9	-358	0	681,7	-310	-2,9	307

По данным таблицы строят зависимости моментов, формируемых на каждом кривошипе и суммарного момента по углу поворота коленчатого вала в пределах одного периода.

Средняя величина индикаторного момента многоцилиндрового двигателя определяется индикаторной работой периода, отнесенной к углу поворота

 [61]

Эффективный момент двигателя, Нм

Ме=Мi Юм [62]

Эффективная мощность, кВт

Ne=Meщ10-3 [63]

Где щ - угловая скорость вала двигателя, рад/с (щ=рn/30)

Полученные результаты расчета индикаторного момента и индикаторной мощности не должны значительно отличаться от соответствующих параметров, полученных при расчете рабочего процесса двигателя.

5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Автомобильные двигатели работают при различных скоростных и нагрузочных режимах. Режимы работы двигателя определяются условиями эксплуатации и сопротивлениями движению, которые изменяются в значительных пределах.

Для оценки мощностных и экономических показателей двигателя, при работе его на различных режимах пользуются характеристиками двигателя. Характеристикой называют зависимость основных показателей работы двигателя (мощности, момента, расхода топлива и др.) от параметров режима его работы (частоты вращения, нагрузки и др.).

Для автомобильного двигателя основными характеристиками являются скоростные, нагрузочные и многопараметровые (комбинированные).

Скоростными характеристиками двигателя называют зависимости основных параметров от частоты (скорости) вращения вала двигателя. Частным случаем скоростной характеристики является внешняя скоростная характеристика, используемая при рассмотрении динамических свойств автомобиля.

Нагрузочными характеристиками называют зависимости удельного и часового расхода топлива от эффективного момента (среднего эффективного давления), или эффективной мощности при постоянных значениях частоты вращения (угловой скорости) вала двигателя.

Многопараметровой (комбинированной) характеристикой называют зависимости двух изменяемых параметров с нанесением других на эту же характеристику.

5.1 ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ

Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективного крутящего момента Ме, эффективной мощности Ne, удельного эффективного расхода топлива ge и часового расхода топлива GТ - при полном открытии дроссельной заслонки в карбюраторном двигателе, или при положении органа управления подачей топлива в дизеле, обеспечивающем получение номинальной мощности, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя щ .

Для расчета зависимости эффективной мощности Ne от скорости вращения вала двигателя щ используют эмпирическое уравнение

, [64]

где a=0,510; b=1,110; c=0,620 - эмпирические коэффициенты[12],

NeN - эффективная мощность двигателя на номинальном режиме, полученная при выполнении расчета рабочего процесса двигателя.

щN - угловая скорость вращения вала двигателя при номинальной (максимальной) мощности.

Построение внешней скоростной характеристики необходимо производить в диапазоне от щ = 60...80 рад/с до щ = щ макс

Если на автомобиле установлен карбюраторный двигатель без ограничителя скорости вращения вала, то принять щ макс = 1.1* щN.

Эффективный момент двигателя определяют по формуле

[65]

Удельный эффективный расход топлива рассчитывают по формуле

ge = gN ·kщ [66]

где ge - удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности, г/кВт.ч;

kщ - коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива при изменении угловой скорости вращения вала двигателя.

Удельный эффективный расход топлива при номинальном режиме (максимальной мощности) принимают полученный по результатам расчета рабочем» процесса двигателя.

Коэффициент kщ приближенно можно определить по эмпирическому выражению [11]

[67]

где аа,bа, са - коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя.

При проведении расчетов можно принимать для карбюраторных двигателей и дизелей ащ=1,26; bщ= 0,85; сщ = 0,59[1].

Часовой расход топлива GT, кг/час

Степень использования мощности двигателя представляет собой отношение используемой эффективной мощности двигателя Ne к эффективной мощности двигателя Ne.вн по внешней скоростной характеристике при соответствующей скорости вращения вала двигателя:

[68]

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики заносят в таблицу.

Таблица 8. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Скорость вращения вала двигателя, рад/с	78,54	104,72	130,9	157,09	183,26	209,44	235,62	261,8	287,98
Эффективная мощность Nе,кВт	40,75	59,72	79,54	99,10	117,30	133,02	145,15	152,60	154,25
Эффективный момент М, Нм	518,83	570,30	607,66	630,92	640,07	635,11	616,05	582,89	535,62
Удельный эффективный расход топлива ge, г/кВт час	224,58	215,33	208,6	204,30	202,71	203,55	206,91	212,8	221,21
Часовой расход топлива GT, кг/час	9,15	12,86	16,59	20,26	23,78	27,08	30,03	32,47	34,12

5.2 НАГРУЗОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Нагрузочную характеристику необходимо построить для 6...8 значений скорости вращения вала двигателя, начиная от минимальной до максимальной, включая номинальный режим.

При определении удельного расхода топлива пользуются зависимостью

[69]

где ки - коэффициент, учитывающий степень использования мощности двигателя.

Коэффициент ки можно определить по формуле [11]:

[70]

где И- степень использования мощности двигателя.

[71]

где-au=1.65; bu=2.3; cu=1.65[1].

Для постоянной скорости вращения вала двигателя коэффициент кщ является величиной постоянной.

Результаты расчетов для каждой скорости вращения вала двигателя сводят в табл. по данным которой строят нагрузочные характеристики.

Таблица 9. Нагрузочная характеристика двигателя

При

Эффективная мощность	54,9	50,3	45,7	41,1	36,6	32,1	27,4	22,8	18,3	13,6	9,1
Удельный эффективный расход	347,69	298,15	257,96	227,13	205,65	193,52	190,75	197,33	213,27	238,56	273,21
Часовой расход топлива	19,1	14,9	11,8	9,3	7,5	6,2	5,1	4,5	3,8	3,2	2,5

При

Эффективная мощность	73,2	67,1	60,9	54,8	48,8	42,7	36,5	30,5	24,4	18,2	12,1
Удельный эффективный расход	282,32	247,58	220,25	200,35	187,88	182,82	185,19	194,99	212,2	236,84	268,9
Часовой расход топлива	20,6	16,5	13,4	11	9,1	7,8	6,6	5,8	5,2	4,2	3,2

При

Эффективная мощность	91,5	83,9	76,1	68,6	61	53,4	45,7	38,1	30,5	22,7	15,2
Удельный эффективный расход	247,97	221,1	200,67	186,51	178,7	177,22	182,07	193,25	210,77	234,62	264,81
Часовой расход топлива	22,5	18,5	15,2	12,7	10,8	9,5	8,3	7,3	6,3	5,4	3,9

При

Эффективная мощность	128,1	117,4	106,6	96,1	85,4	74,7	63,9	53,3	42,7	31,9	21,2
Удельный эффективный расход	224,4	203,06	187,27	177,02	172,33	173,18	179,58	191,52	209,02	232,06	260,65
Часовой расход топлива	28,6	23,7	19,8	16,9	14,6	12,8	11,5	10,1	8,9	7,4	5,4

При

Эффективная мощность	164,7	151	137,1	123,5	109,8	96,1	82,2	68,5	54,9	41	27,3
Удельный эффективный расход	241,19	215,92	196,76	183,72	176,79	175,97	181,27	192,67	210,2	233,83	263,57
Часовой расход топлива	39,5	32,6	26,8	22,5	19,2	16,9	14,8	13,1	11,5	9,5	7,1

При

Эффективная мощность	183	167,8	152,3	137,2	122	106,8	91,3	76,2	61	45,5	30,3
Удельный эффективный расход	269,4	237,59	212,8	195,03	184,28	180,56	183,86	194,18	211,52	235,89	267,28
Часовой расход топлива	49,4	39,9	32,2	26,7	22,4	19,2	16,6	14,7	12,8	10,7	8

При

Эффективная мощность	201,3	184,6	167,6	150,9	134,2	117,5	100,5	83,8	67,1	50,1	33,4
Удельный эффективный расход	323,04	278,99	243,58	216,82	198,7	189,23	188,4	196,22	212,69	237,8	271,55
Часовой расход топлива	64,9	51,3	40,5	32,6	26,5	22,1	18,9	16,4	14,3	11,8	8,9

5.3 МНОГОПАРАМЕТРОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Многопараметровую характеристику строят в координатах: эффективный момент - угловая скорость вращения вала двигателя, на которую наносят кривые равных удельных расходов топлива и кривые равных эффективных мощностей.

Для построения многопараметровой характеристики используются результаты расчета внешней скоростной характеристики и нагрузочных характеристик, которые сведены в таблицах.

Для построения многопараметровой характеристики результаты расчетов для различных постоянных угловых скоростей вращения вала двигателя в пределах от ) - 60...80 рад/с до щмах сводят в табл0. Минимальные значения эффективного момента принимают равными 0,2...03 от максимального момента по внешней скоростной характеристике, так как при Ме =0 ge= ?.

Внешняя скоростная характеристика ограничивает поле многопараметровой характеристики сверху.

По полученным данным наносят кривые равных удельных эффективных расходов топлива и кривые постоянных мощностей (рис. 10).

При

Эффективная мощность	54,9	50,3	45,7	41,1	36,6	32,1	27,4	22,8	18,3	13,6	9,1
Удельный эффективный расход	347,69	298,15	257,96	227,13	205,65	193,52	190,75	197,33	213,27	238,56	273,21
Эффективный момент Ме, Нм	699,4	641,1	582,9	524,6	466,3	408	349,7	291,4	233,1	174,8	116,6

При

Эффективная мощность	73,2	67,1	60,9	54,8	48,8	42,7	36,5	30,5	24,4	18,2	12,1
Удельный эффективный расход	282,32	247,58	220,25	200,35	187,88	182,82	185,19	194,99	212,2	236,84	268,9
Эффективный момент Ме, Нм	699,4	641,1	582,9	524,6	466,3	408	349,7	291,4	233,1	174,8	116,6

При

Эффективная мощность	91,5	83,9	76,1	68,6	61	53,4	45,7	38,1	30,5	22,7	15,2
Удельный эффективный расход	247,97	221,1	200,67	186,51	178,7	177,22	182,07	193,25	210,77	234,62	264,81
Эффективный момент Ме, Нм	699,4	641,1	582,9	524,6	466,3	408	349,7	291,4	233,1	174,8	116,6

При

Эффективная мощность	128,1	117,4	106,6	96,1	85,4	74,7	63,9	53,3	42,7	31,9	21,2
Удельный эффективный расход	224,4	203,06	187,27	177,02	172,33	173,18	179,58	191,52	209,02	232,06	260,65
Эффективный момент Ме, Нм	699,4	641,1	582,9	524,6	466,3	408	349,7	291,4	233,1	174,8	116,6

При

Эффективная мощность	164,7	151	137,1	123,5	109,8	96,1	82,2	68,5	54,9	41	27,3
Удельный эффективный расход	241,19	215,92	196,76	183,72	176,79	175,97	181,27	192,67	210,2	233,83	263,57
Эффективный момент Ме, Нм	699,4	641,1	582,9	524,6	466,3	408	349,7	291,4	233,1	174,8	116,6

При

Эффективная мощность	183	167,8	152,3	137,2	122	106,8	91,3	76,2	61	45,5	30,3
Удельный эффективный расход	269,4	237,59	212,8	195,03	184,28	180,56	183,86	194,18	211,52	235,89	267,28
Эффективный момент Ме, Нм	699,4	641,1	582,9	524,6	466,3	408	349,7	291,4	233,1	174,8	116,6

При

Эффективная мощность	201,3	184,6	167,6	150,9	134,2	117,5	100,5	83,8	67,1	50,1	33,4
Удельный эффективный расход	323,04	278,99	243,58	216,82	198,7	189,23	188,4	196,22	212,69	237,8	271,55
Эффективный момент Ме, Нм	699,4	641,1	582,9	524,6	466,3	408	349,7	291,4	233,1	174,8	116,6

Список литературы

1. Шапко В.Ф. методические указания к практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплине «Основы теории и динамики энергетических установок самоходных машин». - Кременчуг: КДПУ,1998.

2. Разлейцев Н.Ф. и др. Типовая программа, методические указания и контрольные задания по курсу «Основы теории и расчета автомобильных и тракторных двигателей». - Харьков: ХПИ,1988-60с.

3. Богданов С.Н., Берунков М.М., Иванов И.Е. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1987.-372с.

4. Артамонов М.Д., Морин М.М. Основы теории и конструирования автотракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 1973.-205с.

5. Двигатель внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. (Под ред. А.С. Орлина и И.М. Ленина). - М.: Машиностроение,1983.-372с.

6. Железко Б.Е. и др. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей. - Минск. Вышэйшая школа, 1987.-247с.

7. Автомобильные и тракторные двигатели. Часть 1. Теория двигателей и системы их топливоподачи. (Под ред. И.М. Ленина). - М.: Высшая школа, 1985.

8. Автомобильные и тракторные двигатели. Часть 2. Конструкция и расчет двигателей. (Под ред. И.М. Ленина). - М.: Высшая Школа, 1976.-280.

9. Двигатель внутреннего сгорания. (Под ред. В.Н.Луканина). - М.: Высшая школа, 1985.

10. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 1980.

11. Шапко В.Ф., Нарбут Т.А. К вопросу о расчете топливной экономичности автомобиля. - М.: Известия высших учебных заведений, № 5, 1977.

12. Солтус А.П., Шапко В.Ф. Методичні розробки до курсової роботи по „Теорії автомобіля і самохідних машин” і розділу дипломного проекту „Тяговий рохрахунок автомобіля”. - Кременчук: КДПІ, 1998.

13. Гришкевич А.И. Автомобили. Теория. - Минск: Вышэйшая школа, 1986.

Размещено на Allbest.ru