2.3 Система охлаждения

Система охлаждения двигателя - жидкостная, закрытая с принудительной циркуляцией жидкости. Состоит из рубашки, окружающей цилиндры и головки цилиндров двигателя. насоса 15 центробежного типа, радиатора 12, жалюзи И, вентилятора 14, термостата 8, системы клапанов, помещенных в пробке радиатора, расширительного бачка, и сливных краников 1 и 13. В систему охлаждения включены также радиаторы отопления кузова 4 и 5. Система охлаждения заполнена жидкостью Тосол А- 40, замерзающей при температуре -40 °С. Емкость системы охлаждения 12 л. Поддержание правильного теплового режима оказывает решающее влияние на износ двигателя и экономичность его работы. "Температура охлаждающей жидкости при наивыгоднейшем тепловом режиме работы двигателя должна быть в пределах 85...90 °С. Указанная температура поддерживается при помощи автоматически действующего термостата и управляемых вручную жалюзи радиатора. Для контроля температуры охлаждающей жидкости в комбинации приборов имеется электрический указатель, датчик 10 которого ввернут в корпус термостата. Кроме того, в комбинации приборов имеется красная сигнальная лампочка, загорающаяся при повышении температуры жидкости до 104...109 "С. Датчик ее также ввернут в корпус термостата. При загорании лампочки следует немедленно устранить причину перегрева: перейти на более легкий режим движения (сбавить газ), усилить охлаждение, открыв жалюзи. Насос нагнетает жидкость в рубашку блока цилиндров, откуда через отверстия в прокладке поступает в головку цилиндров. Отсюда, в зависимости от температурного состояния двигателя, жидкость термостатом направляется или в верхний бачок радиатора (при прогретом двигателе) или обратно в двигатель (при холодном двигателе).

2.2. Термостат - с твердым наполнителем термосилового элемента, двухклапанный, типа ТС-107-01 расположен на переднем торце головки блока цилиндров и соединен шлангами с водяным насосом и радиатором. Полость корпуса термостата совмещена с полостью головки. Основной клапан термостата начинает открываться при температуре 78...82 °С, когда температура достигает 94 °С он полностью открыт. При закрытом основном клапане жидкость в системе охлаждения циркулирует через перепускной патрубок корпуса термостата и водяной насос обратно в двигатель. При этом дополнительный клапан полностью открываться. Когда основной клапан полностью открыт, дополнительный клапан закрывается, и жидкость через патрубок крышки термостата поступает в верхний бачок радиатора. Жалюзи следует открывать только при достижении 90 °С.. В зимнее время рекомендуется на переднюю часть автомобиля надеть теплый капот. Ни в коем случае нельзя в зимнее время снимать термостат. Двигатель без термостата прогревается очень долго и работает при низкой температуре, вследствие этого ускоряется износ двигателя и увеличивается расход бензина, а также происходит интенсивное отложение смолистых веществ на внутренних стенках двигателя.

2.3. Насос - центробежного типа, устанавливается на переднем торце блока цилиндров двигателя, состоит из корпуса насоса 2 крышки корпуса, крыльчатки 5, сальника 4 и валика с подшипником 7. Уплотнитель насоса состоит из обоймы с резиновой манжетой, разжимной пружины и шайбы уплотняющей в сборе. Уплотнитель запрессовывается в гнездо корпуса насоса. Напрессованный на валик подшипник запрессовывается в корпус насоса и стопорится в нем фиксатором 3. Крыльчатка напрессовывается на задний конец валика, а ступица для крепления вентилятора - на передний конец валика. Подшипник насоса при сборке заполняется смазкой и в процессе эксплуатации смазки не требует. Подшипник насоса отделен от водяной полости самоподвижным уплотнителем. Жидкость, просочившаяся через уплотнитель, не попадает в подшипник, а вытекает через отверстие в нижней части корпуса насоса. Между корпусом и крышкой насоса, а также между крышкой и блоком цилиндров двигателя устанавливаются паронитовые прокладки. В корпус насоса вворачивается штуцер отвода жидкости от радиатора отопителя.

2.4. Вентилятор пластмассовый, шестилопастной. К вентилятору четырьмя болтами и квадратными гайками крепится металлический фланец. Под головки болтов устанавливаются стопорные шайбы с обжимкой их граней. В отверстия пластмассового вентилятора под крепежные болты заливаются металлические втулки. Вентилятор металлическим фланцем крепится четырьмя болтами к ступице на валике насоса. Вентилятор в сборе с фланцем балансируется (статический дисбаланс не более 6 г.с.см). Вал вентилятора насоса приводится во вращение двумя клиновыми ремнями от шкива коленчатого вала. Этими же ремнями приводится в действие генератор. Натяжение ремней регулируется поворотом генератора. При правильном натяжении каждый ремень под усилием большого пальца руки (4 кгс) должен прогибаться на 8...10 мм.

2.5. Радиатор - трубчато-пластинчатый. Плоские вертикальные трубки впаяны в верхний и нижний бачки радиатора в три ряда в промежутках представляющие собой гофрированную (в виде змейки) медную ленту. В бачки впаяны патрубки для подвода (в верхний бачок) и отвода (в нижний бачок) жидкости. В верхний бачок впаяна наливная горловина и штуцер датчика контрольной лампочки температуры воды. В нижнюю часть наливной горловины впаян патрубок шланга расширительного бачка. Верхний и нижний бачки радиатора дополнительно соединены припаянными к ним боковыми стойками. Радиатор крепится при помощи кронштейнов, расположенных на его боковых стойках, четырьмя болтами к перегородке (щитку) радиатора, приваренной к кузову. К боковым щиткам радиатора прикреплен кожух вентилятора, штампованный из листовой стали. Пробка радиатора закрывает герметически всю систему охлаждения. Пробка имеет два клапана выпускной, отрегулированный на избыточное давление в системе 44.5...59.5 кПа (0.45...0.60 кгс/см), и впускной, отрегулированный на разрежение в системе 0.98...9.б кПа (0.01...0.10 кгс/см). Нормальная работа клапанов зависит от исправности резиновых прокладок. При поврежденных прокладках система негерметична. Герметичность системы обеспечивает более высокую температуру охлаждающей жидкости без закипания и тем самым большую теплоотдачу радиатора. Расширительный бачок изготовлен из полупрозрачной пластмассы, соединен шлангом с наливной горловиной радиатора. На корпусе бачка имеется метка "MIN", по которой устанавливается уровень жидкости. При нагреве жидкость расширяется, и избыток ее через выпускной клапан в пробке радиатора перетекает в расширительный бачок. При охлаждении двигателя жидкость через впускной клапан Я перетекает обратно в радиатор. Пробка расширительного бачка имеет резиновый клапан. Клапан имеет прорезь и два небольших отверстия по краям прорези. Отверстия обеспечивают сброс избыточного давления в бачке до атмосферного, а прорезь исключает образование разрежения в бачке при обратной циркуляции жидкости из бачка в двигатель. Перед радиатором установлены жалюзи для регулирования степени его охлаждения. Управляются жалюзи через гибкую тягу рукояткой, расположенной под щитком прибором. Вытянутое положение рукоятки соответствует закрытым створкам жалюзи. Техническое обслуживание системы охлаждения включает в себя ежедневную проверку уровня охлаждающей жидкости в расширительном Дачке. Уровень жидкости на холодном двигателе при температуре 15...25 "С должен быть у метки "MIN" или выше ее на 3...S см. Через каждые 5 тыс. км необходимо проверять герметичность в соединениях шлангов, а также натяжение ремней вентилятора, водяного насоса и генератора. При появлении протекания жидкости произвести подтяжку стяжных хомутов. Прогиб ремней привода проверяется нажатием на середину ветви с усилием 40 Н (4 кгс), при этом величина прогиба должна находиться в пределах 8...10 мм. Регулируется натяжение изменением положения генератора. Через 16 тыс. км также следует проверять водяной насос и прочищать контрольное отверстие для выхода охлаждающей жидкости. Течь не допускается. Перед началом зимней эксплуатации следует проверять плотность охлаждающей жидкости в системе охлаждения, которая должна быть в пределах 1.078...1.085 г/см* при 20 "С. При меньшем значении плотности Тосол А-40 замерзает при более высокой температуре. Периодичность замены охлаждающей жидкости - каждые два года или через каждые 60 тыс. км пробега автомобиля. При большой потере жидкости допустимо временно добавлять в систему охлаждения воду. Для этого после охлаждения двигателя надо снять с радиатора и расширительного бачка пробки и залить в радиатор воду до верхнего среза наливной горловины, затем поставить пробку радиатора на место. Долить в расширительный бачок воды на 7...10 см выше метки и поставить его пробку на место. При первой возможности надо сменить воду на Тосол А-40. При замене жидкости систему следует промывать. Для этого имеющуюся жидкость сливают и заполняют систему водой, пускают двигатель и прогревают. Затем на малой частоте вращения холостого хода сливают воду и останавливают двигатель. После охлаждения двигателя повторяют промывку. Заполняют систему жидкостью через радиатор (при снятой пробке расширительного бачка) до верхнего среза наливной горловины и закрывают радиатор пробкой. Заливают жидкость в расширительный бачок на 3...5 см выше метки "MIN" и закрывают бачок пробкой. Слив жидкости производится одновременно через два краника один 38 расположен на нижнем бачке радиатора, другой 43 с правой стороны блока цилиндров (в задней его части). При сливе надо снять пробку радиатора и открыть кран радиатора отопления кузова.

2.4 Система питания и выпуска отработавших газов

Система состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного насоса, фильтра тонкой очистки топлива, карбюратора, воздушного фильтра, впускного и выпускных трубопроводов и глушителя шума выхлопа.

Топливный бак расположен сзади автомобиля под полом багажника. Бак крепится к кузову при помощи лент и крючков. Бак состоит из двух частей сваренных между собой. В нижней части бака находится сливное отверстие, закрытое пробкой с прокладкой. Для отвода воздуха при заполнении бака топливом с целью предупреждения выплескивания топлива бак снабжен воздушной трубкой. На нижнем конце топливозаборной трубки, расположенной в верхней половине бака, установлен съемный фильтр, состоящий из семи элементов, изготовленных из капроновой сетки. Пробка наливной горловины герметично закрывает бак при помощи прокладки и пружины и имеет впускной и выпускной клапаны. Выпускной клапан срабатывает при давлении 40…165 мм вод. ст., впускной клапан срабатывает при разряжении 45…350 мм вод. ст.

Топливопровод выполнен из латунных трубок наружного диаметра 8 мм. Трубки соединены с топливным насосом, топливным баком, фильтром тонкой очистки топлива и карбюратором посредством штуцеров, конических муфт и накидных гаек.

Топливный насос Б-9В-Б диафрагменного типа приводится в действие от эксцентрика, расположенного на распределительном валу двигателя. Над всасывающими клапанами насоса установлен фильтр, выполненный из мелкой латунной сетки. Чтобы заполнить карбюратор топливом при неработающем двигателе, насос имеет приспособление для ручной подкачки. Для контроля герметичности диафрагмы в корпусе насоса имеется отверстие защищенное сетчатым фильтром. Фильтр тонкой очистки топлива имеет фильтрующий элемент, состоящий из латунной сетки.

Карбюратор К-151 состоит из трех основных разъемных частей, соединенных через уплотнительные прокладки винтами. Верхняя часть карбюратора состоит из воздушного патрубка, разделенного на два канала, с воздушной заслонкой в канале первичной секции. Средняя часть состоит из поплавковой и двух смесительных камер и является корпусом карбюратора. Нижняя часть - корпус дроссельных заслонок, включающая смесительные патрубки с дроссельными заслонками первичной и вторичной камер карбюратора, отлита из алюминиевого сплава. Прокладка между средней и нижней частями карбюратора является уплотнительной и теплоизоляционной.

Конструктивно карбюратор состоит из двух функциональных камер: первичной и вторичной. Каждая камера карбюратора имеет собственную главную дозирующую систему. Система холостого хода имеет количественную регулировку постоянного состава смеси. Во вторичной камере карбюратора имеется переходная система с питанием топливом непосредственно из поплавковой камеры, которая вступает в работу в момент открытия дроссельной заслонки вторичной секции.

Ускорительный насос - диафрагменного типа. Для обогащения горючей смеси при полной нагрузке двигателя во вторичной секции предусмотрен эконостат.

Система пуска холодного двигателя полуавтоматическая, состоит из пневмокорректора, системы рычагов и воздушной заслонки, закрытие которой перед пуском холодного двигателя осуществляется водителем при помощи ручного привода. Система отключения подачи топлива состоит из электронного блока управления, микровыключателя, электромагнитного клапана и экономайзера принудительного холостого хода.

Система рециркуляции отработавших газов состоит из клапана рециркуляции, установленного на газопроводе, термовакуумного выключателя, ввернутого в водяную рубашку головки блока цилиндров и двух соединительных шлангов. Рециркуляция отработавших газов через впускной тракт осуществляется на двигателе, прогретом до температуры охлаждающей жидкости 35…40 С на частичных нагрузках. Система рециркуляции отработавших газов не работает на частотах холостого хода и при полном открытии дросселя, так как отверстие передающее разряжение на диафрагменный механизм клапана рециркуляции, расположено над дроссельной заслонкой карбюратора.

Воздушный фильтр сухого типа со сменным фильтрующим элементом из пористого картона. Воздушный фильтр и двигатель имеют устройство, благодаря которому в зависимости от положения заслонки в карбюратор может поступать холодный или подогретый воздух. Газопровод крепится семью шпильками к головке цилиндров. Средняя часть впускного трубопровода подогревается отработавшими газами, проходящими по выпускному трубопроводу. Степень подогрева можно регулировать вручную при помощи поворачивающейся заслонки.

Система выпуска отработавших газов состоит из двух труб двигателя, двух приемных труб соединенных газоприемником, глушителя, резонатора и выпускной трубы с наконечником. Глушитель и резонатор неразборной конструкции. Корпус глушителя покрыт теплоизоляционным слоем асбеста, который для предотвращения от повреждения обернут жестью.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

3.1 Топливо

В соответствии с заданной степенью сжатия =9.5 для рассчитываемого двигателя можно использовать бензин марки А-92.

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина:

углерода C - 0.855;

водорода H - 0.145;

молекулярная масса mT =115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания:

(3.1)

кДж/кг.

3.2 Параметры рабочего тела

1) Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяется по формуле:

(3.2)

моль/кг.

(3.3)

2) Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. =0.95 по заданию.

3) Количество горючей смеси:

кмоль св. зар./кг топл. (3.4)

4) Количество отдельных компонентов продуктов полного сгорания при К=0.5 и принятом скоростном режиме:

(3.5)

кмоль СО2/кг топл.;

(3.6)

кмоль СО/кг топл.;

(3.7)

кмоль Н2О/кг топл.;

(3.8)

кмоль Н2/кг топл.;

кмоль N2/кг топл. (3.9)

5) Общее количество продуктов полного сгорания

(3.10)

кмоль пр.сг./кг топл.

3.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Атмосферные условия: р0=0.1 МПа;

Т0=293 К;

Давление окружающей среды: рк=р0=0.1 МПа;

Температура окружающей среды: Тк=Т0=293 К.

Температура остаточных газов. При постоянном значении степени сжатия =9,5 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при =const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения n и , можно принять значения Tr для расчетного режима карбюраторного двигателя в пределах, Tr =1040 К.

Давление остаточных газов pr, за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивления при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемого двигателя можно принять на номинальном скоростном режиме:

МПа (3.11)

3.4 Процесс впуска

1) Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается TN = 8 C.

2) Плотность заряда на впуске

кг/м3 (3.12)

где Дж/(кг·град) - удельная газовая постоянная для воздуха.

3) Потери давления на впуске в двигателе. В соответствии со скоростным режимом двигателя и с учетом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе можно принять ; щвп=95 м/с.

(3.13)

МПа

где в - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом

сечении цилиндра;

овп - коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наибо-

лее узкому сечению;

щвп - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы

4) Давление в конце впуска

МПа (3.14)

5) Коэффициент остаточных газов. При определении r для карбюраторных двигателей без наддува принимается коэффициент очистки , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме . Тогда при (nN =4500 мин-1)

(3.15)

где - температура подогрева свежего заряда от стенок.

6) Температура в конце впуска

(3.16)

К

7) Коэффициент наполнения

(3.17)

3.5 Процесс сжатия

В четырехтактных двигателях без наддува воздух поступает во впускной трубопровод с температурой окружающей среды. Поэтому процесс сжатия не является адиабатным, а протекает в условиях теплообмена между свежим зарядом и деталями двигателя. В начале сжатия температура свежего заряда значительно ниже температуры окружающих поверхностей цилиндра, днища поршня, головки цилиндра, тарелок клапанов. Вследствие этого наблюдается приток теплоты к свежему заряду. По мере увеличения давления сжатия температура заряда повышается и с некоторого момента становится выше температуры окружающих поверхностей. Направление теплового потока изменяется на обратное и теплота уже будет передаваться от заряда к деталям двигателя.

Таким образом, процесс сжатия протекает с переменным показателем политропы сжатия n1.

Ввиду сложности теплообмена между свежим зарядом и окружающими деталями можно считать, что в реальном двигателе процесс сжатия проходит по политропе с некоторым средним значением показателя n1.

Основным факторами, влияющими на показатель политропы сжатия n1, являются: частота вращения коленчатого вала, интенсивность охлаждения цилиндра, его размеры, конструктивные особенности камер сгорания, утечка газов через неплотности поршневых колец и клапанов.

1) По номограмме рис. 4.4 [1] определяем показатель адиабаты k1=1.3768.

2) Значение показателя политропы сжатия принимаем равным n1=1.376.

3) Давление в конце сжатия:

МПа (3.18)

4) Температура в конце сжатия:

К (3.19)

5) Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

(3.20)

кДж/(кмоль·град);

где 775 - 273 = 502 °С

б) остаточных газов (определяется методом интерполяции по табл. 3.8 [1]) при nN=4500 мин-1, б=0.95 и tc=502°С

кДж/(кмоль·град) (3.21)

где 24.014 и 24.440 - значения теплоемкости продуктов сгорания при

соответственно при 500 и 600 єС, [1, табл. 3.8].

в) рабочей смеси

(3.22)

кДж/(кмоль·град).

3.6 Процесс сгорания

В ходе этого процесса химическая энергия топлива превращается в тепловую, которая затем распределяется по частям так: переходит в механическую работу, идет на повышение внутренней энергии газов; передается окружающим поверхностям деталей и через них переходит к охлаждающей жидкости или к воздуху; из топлива не выделяется из-за неполного его сгорания; теряется за счет диссоциации газов при высоких температурах.

Наиболее интенсивно топливо сгорает на участке индикаторной диаграммы c-z который называют участком видимого сгорания.

Экспериментально установлено, что на участке c-z, топливо всегда сгорает не полностью, а догорает далее в процессе расширения.

1) Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

(3.23)

2) Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

(3.24)

3) Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

кДж/кг (3.25)

4) Теплота сгорания рабочей смеси:

кДж/кмоль раб.см. (3.26)

5) Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(3.27)

6) Коэффициент использования теплоты z зависит от режима работы двигателя, способа смесеобразования, условий охлаждения камеры сгорания, степени диссоциации газов и быстроходности двигателя.

Принимаем z = 0.93.

7) Температура в конце видимого процесса сгорания

(3.28)

откуда tz=2623° С

К (3.29)

8) Максимальное давление сгорания теоретическое:

МПа (3.30)

9) Максимальное давление сгорания действительное:

МПа (3.31)

10) Степень повышения давления:

(3.32)

3.7 Процессы расширения и выпуска

В начале процесса расширения, который условно начинается в момент достижения в цилиндре максимальной температуры цикла, продолжается подвод теплоты к рабочему телу, затем расширение происходит с отводом теплоты к стенкам. Догорание в процессе расширения происходит вследствие несовершенства перемешивание воздуха с топливом, недостаточного времени на сгорание. Интенсивный теплообмен между рабочим телом и стенками днища поршня, головки цилиндров, гильзы осуществляется в течение всего процесса расширения и различен для разных его участков. В результате влияния догорания топлива, восстановления продуктов диссоциации, охлаждения расширяющихся газов, утечки газов через неплотности поршневых колец и клапанов действительный процесс расширения протекает с переменным значением показателя политропы.

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по монограмме [1, рис.4.8] при заданном для соответствующих значений и Tz, а средний показатель политропы расширения n2 определяется по величине среднего показателя адиабаты.

1) Давление в конце процесса расширения:

МПа (3.33)

2) Температура в конце процесса расширения:

К (3.34)

3) Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

К (3.35)

%, что допустимо (3.36)

3.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Средним индикаторным давлением рi называют условное постоянное давление газов, которое, воздействуя на поршень, за один его ход от ВМТ к НМТ совершает работу, равную работе за один рабочий цикл.

1) Теоретическое среднее индикаторное давление:

(3.37)

МПа

В действительном рабочем цикле среднее индикаторное давление получается меньше, с одной стороны, из-за округления индикаторной диаграммы у расчетных точек с, z и в, вследствие начала горения топлива до ВМТ, начала открытия выпускного клапана до НМТ; а с другой - из-за наличия насосных потерь при впуске и выпуске. Потери на округление учитываются коэффициентом полноты и индикаторной диаграммы.

2) Среднее индикаторное давление:

МПа (3.38)

где и=0.96 - коэффициентом полноты индикаторной диаграммы.

Экономичность протекания действительного цикла оценивается двумя показателями: индикаторным КПД i и удельным расходом топлива gi на единицу индикаторной мощности в единицу времени.

3) Индикаторным КПД называется отношение теплоты, обращенной в механическую работу цикла, к теплоте, сгорания топлива:

(3.39)

Значения индикаторного КПД i всегда ниже термического КПД t, так как он учитывает не только отвод теплоты к холодному источнику, но и потери, связанные с неполнотой сгорания, отводом теплоты к стенкам и с отработавшими газами, диссоциацией, утечками газа через неплотности и т.д.

4) Индикаторный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч) (3.40)

Индикаторная мощность не может быть полностью передана потребителю, поскольку некоторая ее часть неизбежно затрачивается на преодоление различных сопротивлений внутри двигателя. Эту часть мощности называют мощностью механических потерь. К ней относится мощность, затрачиваемая: на трение между движущимися деталями двигателя (например, трение поршней и поршневых колец), движущимися деталями с воздухом, маслом (маховик, шатун и др.); приведение в действие вспомогательных агрегатов и устройств двигателя (насосов, генератора и др.); очистку и наполнение цилиндра (насосные потери); привод нагнетателя (при механическом приводе от коленчатого вала).

3.9 Эффективные показатели двигателя

1) Предварительно приняв ход поршня S= 92 мм, получим значение средней скорости поршня при nN=4500 мин-1

м/с (3.41)

2) Среднее давление механических потерь:

МПа (3.42)

3) Среднее эффективное давление:

МПа (3.43)

4) Механический КПД

(3.44)

Показателями экономичности работы двигателя в целом (а не только его действительного цикла) служат удельный эффективный расход топлива ge и эффективный КПД е.

5) Эффективный КПД:

(3.45)

6) Эффективный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч) (3.46)

3.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

1) Литраж двигателя

л (3.47)

где = 4 - количество тактов двигателя.

2) Рабочий объем одного цилиндра:

л (3.48)

где i= 4 - количество цилиндров двигателя.

3) Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S= 81 мм, то:

мм (3.49)

Окончательно принимаем D =93 мм, S= 92 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям и :

Площадь поршня:

см2 (3.50)

Литраж двигателя:

л (3.51)

Мощность двигателя:

кВт (3.52)

Литровая мощность двигателя:

кВт/л (3.53)

Крутящий момент:

Нм (3.54)

Часовой расход топлива:

кг/ч (3.55)

3.11 Расчет и построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится с целью проверки полученного аналитическим путем значения среднего индикаторного представления протекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя.

Индикаторная диаграмма двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne=85 кВт и n=4500 мин-1, аналитическим методом.

Масштаб диаграммы: масштаб хода поршня Ms=1 мм в мм; масштаб давления Mp=0.05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

мм (3.56)

мм (3.57)

Максимальная высота диаграммы (точка )

мм (3.58)

По данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках.

Ординаты характерных точек:

мм мм (3.59)

мм мм

мм

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия . Отсюда:

мм, (3.60)

где: мм;

б) политропа расширения . Отсюда:

мм; (3.61)

Результаты расчета точек приведены в табл. 3.1

Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа (3.62)

где 2160 мм2 - площадь диаграммы .

Таблица 3.1

№ точек	ОХ, мм	ОВ/ОХ	Политропа сжатия	Политропа расширения
				, мм	, МПа		, мм	, МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18	10.8235 11.4235 13.0235 14.8235 18.8235 20.8235 22.8235 24.8235 32.6235 40.4235 48.2235 56.0235 63.8235 71.6235 79.4235 87.2235 95.0235 102.823	9.5000 9.0010 7.8952 6.9365 5.4625 4.9379 4.5052 4.1422 3.1518 2.5437 2.1322 1.8354 1.6111 1.4356 1.2946 1.1789 1.0821 1.0000	22.1487 20.5639 17.1701 14.3684 10.3431 9.0014 7.9342 7.0682 4.8531 3.6134 2.8345 2.3061 1.9275 1.6447 1.4266 1.2541 1.1147 1.0000	37.6415 34.9482 29.1804 24.4191 17.5780 15.2978 13.4842 12.0123 8.2478 6.1409 4.8172 3.9192 3.2757 2.7951 2.4245 2.1313 1.8944 1.6995	1.8821 1.7474 1.4590 1.2210 0.8789 0.7649 0.6742 0.6006 0.4124 0.3070 0.2409 0.1960 0.1638 0.1398 0.1212 0.1066 0.0947 0.0850	16.7537 15.6594 13.2892 11.3008 8.3794 7.3843 6.5833 5.9261 4.2092 3.2184 2.5805 2.1388 1.8168 1.5726 1.3817 1.2288 1.1038 1.0000	149.553 139.785 118.627 100.877 74.8000 65.9170 58.7668 52.9003 37.5739 28.7290 23.0349 19.0927 16.2178 14.0378 12.3336 10.9687 9.8533 8.9266	7.4777 6.9893 5.9314 5.0439 3.7400 3.2958 2.9383 2.6450 1.8787 1.4365 1.1517 0.9546 0.8109 0.7019 0.6167 0.5484 0.4927 0.4463

Величина 1,1739 МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине 1,1752 МПа, полученной в тепловом расчете.

Скругление диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=4500 мин-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана устанавливается за 18є до прихода поршня в ВМТ, а закрытия - через 60є после прохода поршня НМТ. Начало открытия выпускного клапана принимается за 55є до прихода поршня в НМТ, а закрытие точка - через 25є после прохода поршнем ВМТ. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания принимается равным 35є, а продолжительность периода задержки воспламенения - .

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек и по формуле для перемещения поршня.

(3.63)

где - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины производится при проведении динамического расче-та, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается =0,285.

Расчеты ординат точек и сведены в табл. 3.2.

Положение точки определяется из выражения:

МПа (3.64)

мм (3.65)

Таблица 3.2

Расчет ординат точек и

Обозначение точек	Положение точек			Расстояния точек от ВМТ (АХ), мм
	18є до в.м.т.	18	0.0626	2.8773
	25є после в.м.т.	25	0.1191	5.4806
	60є после н.м.т.	120	1.6069	73.9163
	35є до в.м.т	35	0.2277	10.4755
	30є до в.м.т	30	0.1696	7.8016
	55є до н.м.т.	125	1.6692	76.7830

Действительное давление сгорания:

МПа (3.66)

мм (3.67)

Нарастание давления от точки до zД составляет 6.356-2.3526=4,003 МПа или 4.003/10=0.4 МПа/град п.к.в., где 10 - положение точки zД по оси абсцисс, град.

Соединяя плавными кривыми точки r с , с и далее с zД и кривой расширения с (точка располагается между точками b и a) и линией выпуска , получаем скругленную индикаторную диаграмму .

4. КИНЕМАТИКА

1) Выбор л и длины Lш шатуна.

В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчете л=0.285. В соответствии с этим

мм (4.1)

Построив кинематическую схему кривошипно-шатунного механизма (рис. 4.1), устанавливаем, что ранее принятые значения Lш и л обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра.

2) Перемещение поршня.

мм. (4.2)

Расчет Sx производится аналитически через каждые 10є угла поворота коленчатого вала Значения для при различных ц взяты из табл. 7.1 [1] и занесены в гр. 2 расчетной табл. 4.1.

3) Угловая скорость вращения коленчатого вала

рад/с (4.3)

4) Скорость поршня

м/с. (4.4)

Значения для взяты из табл. 7.2 [1] и занесены в гр. 4, а рассчитанные значения Vп - в гр. 5 табл. 4.1.

5) Ускорение поршня

м/с2 (4.5)

Значения для взяты из табл. 7.3 [1] и занесены в гр. 6, а рассчитанные значения j - в гр. 7 табл. 4.1.

Таблица 4.1

Кинематический расчет

цє		Sx, мм		Vп, м/с		j, м/с2
1	2	3	4	5	6	7
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190	0 0.0195 0.0770 0.1696 0.2928 0.4408 0.6069 0.7838 0.9646 1.1425 1.3119 1.4679 1.6069 1.7264 1.8249 1.9017 1.9564 1.9891 2.0000 1.9891	0 0.8965 3.5409 7.8016 13.4703 20.2784 27.9163 36.0553 44.3695 52.5550 60.3452 67.5211 73.9163 79.4149 83.9464 87.4759 89.9926 91.4988 92.0000 91.4988	0 0.2224 0.4336 0.6234 0.7831 0.9064 0.9894 1.0313 1.0335 1.0000 0.9361 0.8481 0.7426 0.6257 0.5025 0.3766 0.2504 0.1249 -0.0000 -0.1249	0 4.8207 9.3995 13.5136 16.9757 19.6476 21.4480 22.3553 22.4042 21.6770 20.2912 18.3842 16.0977 13.5635 10.8917 8.1634 5.4284 2.7077 -0.0000 -2.7077	1.2850 1.2526 1.1580 1.0085 0.8155 0.5933 0.3575 0.1237 -0.0942 -0.2850 -0.4415 -0.5603 -0.6425 -0.6923 -0.7166 -0.7235 -0.7214 -0.7170 -0.7150 -0.7170	13126 12796 11829 10302 8331 6061 3652 1264 -962 -2911 -4510 -5724 -6563 -7072 -7320 -7391 -7369 -7324 -7304 -7324
200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360	1.9564 1.9017 1.8249 1.7264 1.6069 1.4679 1.3119 1.1425 0.9646 0.7838 0.6069 0.4408 0.2928 0.1696 0.0770 0.195 0	89.9926 87.4759 83.9464 79.4149 73.9162 67.5211 60.3452 52.5550 44.3695 36.0553 27.9162 20.2784 13.4703 7.8016 3.5409 0.8965 0	-0.2504 -0.3766 -0.5025 -0.6257 -0.7426 -0.8481 -0.9361 -1.0000 -1.0335 -1.0313 -0.9894 -0.9064 -0.7831 -0.6234 -0.4336 -0.2224 0.0000	-5.4284 -8.1634 -10.8917 -13.5635 -16.0977 -18.3842 -20.2912 -21.6770 -22.4042 -22.3553 -21.4480 -19.6476 -16.9757 -13.5136 -9.3995 -4.8207 0.0000	-0.7214 -0.7235 -0.7166 -0.6923 -0.6425 -0.5603 -0.4415 -0.2850 -0.0942 0.1237 0.3575 0.5933 0.8155 1.0085 1.1580 1.2526 1.2850	-7369 -7391 -7320 -7072 -6563 -5724 -4510 -2911 -962 1264 3652 6061 8331 10302 11829 12796 13126

5. ДИНАМИКА

5.1. Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертывают по углу поворота кривошипа по методу Брикса.

Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R=S/2. От центра полуокружности (точка О) в сторону НМТ откладываем поправку Брикса равную

мм (5.1)

где Мs=1мм в мм - масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Полуокружность делят лучами от центра О на несколько частей, а из центра Брикса (точка О) проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам (на лист 2 интервал между точками равен 30). Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующий углов . Развертку индикаторной диаграммы начинаем от ВМТ в процессе хода выпуска. При этом следует учитывать, что на свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем ?Pr= Pr - Po. Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферного, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала - отрицательными.

Масштабы развернутой диаграммы: давлений и удельных сил Мр=0.05 МПа в мм; полных сил Мр = МрFn=0.05·0.00679291=0.00034 МН в мм; угла поворота кривошипа М= 3 в мм, или

рад в мм (5.2)

где ОВ=240 мм - длина развернутой индикаторной диаграммы.

По развернутой диаграмме через каждые 10 угла поворота кривошипа определяют значения ?рг и заносят в гр.2 сводной таблицы 5.1 динамического расчета (в таблице 5.1 значения даны через 10).

5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

С учетом диаметра цилиндра, отношения S/D, рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения рz устанавливают следующие значения масс частей КШМ:

масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято mn = 100 кг/м2)

кг; (5.3)

масса шатуна (для стального кованного шатуна принято mш = 150 кг/м2)

кг; (5.4)

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято mк =140 кг/м2)

кг; (5.5)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

кг; (5.6)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

кг; (5.7)

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

кг; (5.8)

Массы, совершающие вращательное движение:

кг; (5.9)

5.3 Удельные полные силы инерции

В гр. 3 табл. 5.1 заносим значения и определяем значения удельной силы возвратно-поступательно движущихся масс (гр. 4):

кН (5.10)

Центробежная сила инерции вращающихся масс

кН (5.11)

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

кН (5.12)

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

кН. (5.13)

5.4 Удельные суммарные силы

Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца:

(5.14)

Удельная нормальная сила (МПа):

(5.15)

Значения tg определяют для выбранного и заносят в гр.6, а значения pN - в гр.7.

Удельная сила (МПа), действующая вдоль шатуна (гр.9):

(5.16)

Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа (гр. 11):

(5.17)

Удельная (гр.13) и полная (гр. 14) тангенциальные силы:

МПа (5.18)

кН (5.19)

По данным табл. 5.1 на листе миллиметровой бумаги строят графики изменения удельных сил рj , р, ps, pN, pк и рТ в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала .

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета:

Н (5.20)

по площади, заключенной между кривой рТ и осью абсцисс:

МПа (5.21)

Н (5.22)

ошибка % (5.23)

5.5 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра (гр.15)

Нм (5.24)

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками

(5.25)

Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (табл.5.2) через каждые 10 угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая Мкр в масштабе Мм = 10 Нм в мм.

Таблица 5.2

Крутящие моменты

цєколенчатого вала	Цилиндры
	1-й	2-й	3-й	4-й	Мкр, Н·м
	ц°кривошипа	Мкр.ц., Н·м	ц°кривошипа	Мкр.ц., Н·м	ц°кривошипа	Мкр.ц., Н·м	ц°кривошипа	Мкр.ц., Н·м
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180	0 -126.06 -228.62 -286.88 -292.31 -247.41 -164.62 -62.482 39.089 123.80 181.71 209.64 210.75 191.53 159.34 120.73 80.137 39.822 0	180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360	0 -39.822 -80.137 -120.73 -159.34 -191.53 -211.90 -212.28 -186.68 -144.11 -69.813 9.1974 97.947 157.94 165.99 137.60 84.198 17.853 0	360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540	0 308.181 458.256 379.512 300.062 239.713 274.208 297.597 335.010 347.226 376.005 358.912 323.977 272.319 217.996 162.385 104.744 50.1729 0	540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720	0 -48.2200 -94.9800 -140.091 -182.025 -218.785 -235.013 -232.097 -200.707 -137.869 -49.7622 51.8257 154.391 238.039 284.223 280.450 224.151 124.127 0	0 94.0695 54.5114 -168.2001 -333.6298 -418.0159 -337.3366 -209.2665 -13.2920 189.0466 438.1470 629.5764 787.0669 859.8313 827.5603 701.1746 493.2327 231.9763 0

Средний крутящий момент двигателя:

по данным теплового расчета

Нм (5.26)

по площади, заключенной под кривой Мкр:

Нм (5.27)

ошибка % (5.28)

Максимальный и минимальный крутящие моменты:

Мкр.max = 860 Hм; Мкр min = -418 Hм.

5.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку рядного двигателя, составляют таблицу 5.3, в которую переносят значения силы Т.

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:

кН (5.29)

где: кН (5.30)

Результирующая сила Rш.ш., действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Рк при построении полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил Мр=0.1 кН в мм. Значения Rш.ш для различных ц заносят в таблицу и по ним строят диаграмму Rш.ш в прямоугольных координатах.

По развернутой диаграмме Rш.ш определяют:

кН (5.31)

Rш.ш.max=22.9 кН, Rш.ш.min=4.85 кН,

где ОВ - длина диаграммы, мм

F - площадь под кривой Rш.ш , мм2 .

Таблица 5.3

Силы, действующие на шатунную шейку

	Полные силы, кН
	Т	К	Рк	Rш.ш.	Крк	Rк
1	2	3	4	5	6	7
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210	0 -2.7406 -4.9702 -6.2367 -6.3547 -5.3785 -3.5788 -1.3583 0.8498 2.6915 3.9504 4.5574 4.5815 4.1637 3.4641 2.6246 1.7421 0.8657 0 -0.8657 -1.7421 -2.6246	-12.4724 -12.0490 -10.3812 -7.9295 -5.2376 -2.7958 -1.0132 -0.1091 -0.0915 -0.7926 -1.9372 -3.2395 -4.4545 -5.4336 -6.1253 -6.5563 -6.7838 -6.8806 -6.9060 -6.8806 -6.7838 -6.5563	-20.0186 -19.5951 -17.9274 -15.4756 -12.7837 -10.3419 -8.5594 -7.6552 -7.6377 -8.3388 -9.4833 -10.7857 -12.0007 -12.9797 -13.6715 -14.1024 -14.3300 -14.4267 -14.4522 -14.4267 -14.3300 -14.1024	20.0186 19.7858 18.6036 16.6851 14.2761 11.6569 9.2775 7.7748 7.6848 8.7624 10.2732 11.7090 12.8455 13.6312 14.1035 14.3445 14.4355 14.4527 14.4522 14.4527 14.4355 14.3445	-29.7331 -29.3097 -27.6419 -25.1902 -22.4983 -20.0565 -18.2740 -17.3698 -17.3523 -18.0534 -19.1979 -20.5002 -21.7153 -22.6943 -23.3861 -23.8170 -24.0445 -24.1413 -24.1668 -24.1413 -24.0445 -23.8170	29.7331 29.4375 28.0852 25.9508 23.3786 20.7652 18.6211 17.4228 17.3731 18.2529 19.6001 21.0007 22.1933 23.0731 23.6412 23.9612 24.1076 24.1568 24.1668 24.1568 24.1076 23.9612
220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670	-3.4641 -4.1637 -4.6067 -4.6149 -4.0583 -3.1330 -1.5177 0.1999 2.1293 3.4335 3.6085 2.9915 1.8304 0.3881 0 6.6996 9.9621 8.2503 6.5231 5.2112 5.9611 6.4695 7.2828 7.5484 8.1740 7.8024 7.0430 5.9200 4.7390 3.5301 2.2771 1.0907 0 -1.0483 -2.0648 -3.0455 -3.9571 -4.7562 -5.1090 -5.0456 -4.3632 -2.9972 -1.0818 1.1266 3.3563 5.1748	-6.1253 -5.4336 -4.4789 -3.2803 -1.9901 -0.9227 -0.1635 -0.0161 -0.6029 -1.7847 -2.9742 -3.8034 -3.8232 -1.7064 2.6894 29.4541 20.8079 10.4895 5.3764 2.7088 1.6877 0.5196 -0.7846 -2.2230 -4.0083 -5.5461 -6.8477 -7.7254 -8.3797 -8.8182 -8.8669 -8.6690 -8.5703 -8.3316 -8.0403 -7.6076 -6.9970 -6.2067 -4.9674 -3.5865 -2.1396 -0.8827 -0.1165 -0.0905 -0.9503 -2.6899	-13.6715 -12.9797 -12.0251 -10.8265 -9.5363 -8.4688 -7.7096 -7.5622 -8.1490 -9.3309 -10.5203 -11.3496 -11.3693 -9.2525 -4.8568 21.9079 13.2618 2.9434 -2.1698 -4.8374 -5.8584 -7.0266 -8.3307 -9.7692 -11.5545 -13.0923 -14.3939 -15.2716 -15.9259 -16.3644 -16.4130 -16.2152 -16.1165 -15.8777 -15.5864 -15.1537 -14.5432 -13.7529 -12.5135 -11.1327 -9.6858 -8.4288 -7.6627 -7.6366 -8.4964 -10.2360	14.1035 13.6312 12.8773 11.7690 10.3639 9.0298 7.8576 7.5648 8.4226 9.9426 11.1220 11.7372 11.5157 9.2606 4.8568 22.9094 16.5867 8.7596 6.8745 7.1103 8.3580 9.5513 11.0653 12.3456 14.1535 15.2409 16.0246 16.3789 16.6160 16.7408 16.5702 16.2518 16.1165 15.9123 15.7226 15.4567 15.0719 14.5521 13.5163 12.2227 10.6232 8.9458 7.7387 7.7193 9.1353 11.4697	-23.3861 -22.6943 -21.7397 -20.5411 -19.2508 -18.1834 -17.4242 -17.2768 -17.8636 -19.0455 -20.2349 -21.0641 -21.0839 -18.9671 -14.5714 12.1934 3.5472 -6.7712 -11.8844 -14.5520 -15.5730 -16.7412 -18.0453 -19.4837 -21.2691 -22.8069 -24.1085 -24.9862 -25.6405 -26.0789 -26.1276 -25.9297 -25.8310 -25.5923 -25.3010 -24.8683 -24.2578 -23.4674 -22.2281 -20.8472 -19.4003 -18.1434 -17.3773 -17.3512 -18.2110 -19.9506	23.6412 23.0731 22.2224 21.0531 19.6740 18.4513 17.4902 17.2779 17.9900 19.3525 20.5541 21.2755 21.1632 18.9710 14.5714 13.9127 10.5748 10.6731 13.5569 15.4569 16.6749 17.9477 19.4595 20.8948 22.7857 24.1046 25.1162 25.6779 26.0747 26.3168 26.2266 25.9527 25.8310 25.6138 25.3851 25.0541 24.5784 23.9446 22.8077 21.4491 19.8849 18.3893 17.4109 17.3877 18.5177 20.6108
680 690 700 710 720	6.1788 6.0967 4.8729 2.6984 0	-5.0926 -7.7515 -10.1780 -11.8633 -12.4724	-12.6387 -15.2977 -17.7241 -19.4095 -20.0186	14.0682 16.4678 18.3818 19.5962 20.0186	-22.3533 -25.0122 -27.4387 -29.1241 -29.7331	23.1915 25.7446 27.8681 29.2488 29.7331

По полярной диаграмме строят диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил Rш.ш.j, действующих по каждому лучу диаграммы износа (от 1 до 12) определяют с помощью таблицы 5.4. По данным таблицы в масштабе по каждому лучу откладывают величину суммарных сил УRш.ші от окружности к центру. По лучам 4 и 5 силы УRш.ші не действуют, а по лучам 6,7 и 8 действуют силы только в интервале 360є<ц<390є.

По диаграмме износа определяют расположение оси масляного отверстия .

Таблица 5.4

Rш.ш.i	Значения Rш.ш.i , кН, для лучей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Rш.ш. 0	20.0186	20.0186	20.0186	-	-	-	-	-	-	-	20.0186	20.0186
Rш.ш. 30	16.6851	16.6851	16.6851	-	-	-	-	-	-	-	-	16.6851
Rш.ш. 60	9.2775	9.2775	9.2775	-	-	-	-	-	-	-	-	9.2775
Rш.ш. 90	8.7624	8.7624	-	-	-	-	-	-	-	-	8.7624	8.7624
Rш.ш. 120	12.8455	12.8455	-	-	-	-	-	-	-	-	12.8455	12.8455
Rш.ш. 150	14.3445	14.3445	-	-	-	-	-	-	-	-	14.3445	14.3445
Rш.ш. 180	14.4522	14.4522	14.4522	-	-	-	-	-	-	-	14.4522	14.4522
Rш.ш. 210	14.3445	14.3445	14.3445	-	-	-	-	-	-	-	-	14.3445
Rш.ш. 240	12.8773	12.8773	12.8773	-	-	-	-	-	-	-	-	12.8773
Rш.ш. 270	9.0291	9.0291	9.0291	-	-	-	-	-	-	-	-	9.0291
Rш.ш. 300	8.4226	8.4226	-	-	-	-	-	-	-	-	8.4226	8.4226
Rш.ш. 330	11.7372	11.7372	-	-	-	-	-	-	-	-	11.7372	11.7372
Rш.ш. 360	4.8568	4.8568	4.8568	-	-	-	-	-	-	-	4.8568	4.8568
Rш.ш. 390	-	-	-	-	-	-	-	8.759	8.759	8.759	8.759	8.759
Rш.ш. 420	8.358	-	-	-	-	-	-	-	-	8.358	8.358	8.358
Rш.ш. 450	12.3456	-	-	-	-	-	-	-	-	12.3456	12.3456	12.3456
Rш.ш. 480	16.0246	16.0246	-	-	-	-	-	-	-	-	16.0246	16.0246
Rш.ш.i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Rш.ш. 510	16.7408	16.7408	-	-	-	-	-	-	-	-	16.7408	16.7408
Rш.ш. 540	16.1165	16.1165	16.1165	-	-	-	-	-	-	-	16.1165	16.1165
Rш.ш. 570	15.4567	15.4567	15.4567	-	-	-	-	-	-	-	-	15.4567
Rш.ш. 600	13.5163	13.5163	13.5163	-	-	-	-	-	-	-	-	13.5163
Rш.ш. 630	8.9458	8.9458	8.9458	-	-	-	-	-	-	-	-	8.9458
Rш.ш. 660	9.1353	9.1353	-	-	-	-	-	-	-	-	9.1353	9.1353
Rш.ш. 690	16.4658	16.4658	-	-	-	-	-	-	-	-	16.4658	16.4658
Rш.ш.	291	270	147	-	-	-	-	8.759	8.759	29.46	191	291

5.7 Уравновешивание

Порядок работы двигателя 1-2-4-3. Промежутки между вспышками равны 180є. Коленчатый вал двигателя имеет кривошипы, расположенные под углом 180є.

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены:

и (5.32)

Силы инерции первого порядка и их моменты также уравновешены:

и (5.33)

Силы инерции второго порядка для всех цилиндров направлены в одну сторону:

(5.34)

Уравновешивание сил инерции второго порядка в рассчитываемом двигателе нецелесообразно, ибо применение двухвальной системы с противовесами для уравновешивания значительно усложнит конструкцию двигателя.

Моменты от сил инерции второго порядка в связи с зеркальным расположением цилиндров полностью уравновешены:

(5.35)

5.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя.

Равномерность крутящего момента:

; (5.36)

Избыточная работа крутящего момента:

Дж (5.37)

где - площадь над прямой среднего крутящего момента, мм2.

рад в мм - масштаб угла поворота вала на

диаграмме Мкр.

Равномерность хода двигателя принимаем д=0.01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:

кг·м2 (5.38)

6. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА НА ПРОЧНОСТЬ

6.1 Расчет поршня

Наиболее напряженным элементом поршневой группы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловые нагрузки, поэтому при его изготовлении к материалу предъявляются повышенные требования. Поршни автомобильных и тракторных двигателей изготовляют в основном из алюминиевых сплавов и реже из чугуна.

Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршня (рис. 6.1) приведены в табл. 6.1. Величину верхней части поршня h1 выбираем, исходя из обеспечения одинакового давления опорной поверхности поршня по высоте цилиндра и прочности бобышек, ослабленных отверстиями для пропуска масла. Это условие обеспечивается при

(6.1)

где hr - высота головки поршня.

Расстояние b между торцами бобышек зависит от способа крепления поршневого пальца и обычно принимается на 2-3 мм больше длины верхней головки шатуна lш. Конкретные значения конструктивных элементов поршня принимаются по прототипам с учетом соотношений, приведены в табл. 6.1.

Поверочный расчет элементов поршня осуществляется без учета переменных нагрузок, величина которых учитывается при установлении соответствующих допускаемых напряжений. Рассчитывают днище, стенку головки, верхнюю кольцевую перемычку, опорную поверхность и юбку поршня.

Днище поршня рассчитывается на изгиб от действия максимальных газовых условий рzmax как равномерно нагруженная круглая плита, свободно опирающаяся на цилиндр.

Материал поршня - алюминиевый сплав, бп=22·10-6 1/К.

Материал гильзы цилиндра - серый чугун, бц=11·10-6 1/К.

Для дизелей максимальное давление газов обычно достигается при работе на режиме максимальной мощности.

Таблица 6.1

Наименование	диапазон	значение
Толщина днища поршня,	(0,12 0,20)D	8
Высота поршня, Н	(1,0 1,7)D	105
Высота верхней части поршня, h1	(0,6 1,0)D
Высота юбки поршня, hю	(0,6 1,1)D	65
Диаметр бобышки, dб	(0,3 0,5)D
Расстояние между торцами бобышек, b	(0,3 0,5)D	44
Толщина стенки юбки поршня, ю, мм	2,0 5,0
Толщина стенки головки поршня, s	(0,05 0,10)D	7
Расстояние до первой поршневой канавки, l	(0,11 0,20)D
Толщина первой кольцевой перемычки, hп	(0,04 0,07)D	4
Радиальная толщина кольца, t
компрессионного	(0,040 0,045)D	4
маслосъемного	(0,038 0,043)D	3
Высота кольца, а, мм	3-5	3
Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии Ао	(3,2 - 4,0) t
Радиальный зазор кольца в канаве поршня ?t, мм
компрессионного	0,70 - 0,95	0.8
маслосъемного	0,9 - 1,1
Внутренний диаметр поршня, di	D - 2 ( s+t+?t )
Число масляных отверстий в поршне, nм	6-12	10
Диаметр масляного канала, dм	(0,3 - 0,5) a	1
Наружный диаметр пальца, dп	(0,30 0,38)D	24
Внутренний диаметр пальца, dв	(0,50 0,70)dп	16
Длина пальца, lп	(0,80 0,90)D	80
Длина втулки шатуна, lш	(0,33 0,45)D	40

Напряжение изгиба (МПа) в днище поршня

МПа (6.2)

где рzmax=рz=6.356 МПа - максимальное давление сгорания;

мм - внутренний радиус днища.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости. Кроме того, в целях повышения износо- и термостойкости поршня целесообразно осуществить твердое анодирование днища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева и прогорания днища, а также пригорания верхнего компрессионного кольца.

При отсутствии у днища ребер жесткости допустимые значения напряжений из (МПа) лежат в пределах:

Для поршней из алюминиевых сплавов …………….…..…20-25

При наличии ребер жесткости из возрастают:

Для поршней из алюминиевых сплавов …………………...до 50-150

Головка поршня в сечении х-х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжение сжатия в сечении х-х:

площадь сечения х - х

м2 (5.3)

где мм - диаметр поршня по дну канавок;

мм - внутренний диаметр поршня;

мм2 - площадь продольного диаметрального

сечения масляного канала.

Максимальная сжимающая сила:

МН (6.4)

Напряжение сжатия:

МПа (6.5)

Допустимые напряжения на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов сж = 30 40 МПа.

Напряжение разрыва в сечении х-х:

- максимальная угловая скорость холостого хода:

рад/с (6.6)

- масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х:

кг (6.7)

- максимальная разрывающая сила:

(6.8)

МН

Допустимые напряжения на разрыв для поршня из алюминиевых сплавов р = 4 10 МПа.

- напряжение разрыва:

МПа (6.9)

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

- среза:

МПа (6.10)

где D=93 мм - диаметр цилиндра;

hп=4 мм - толщина верхней кольцевой перемычки.

- изгиба:

МПа (6.11)

- сложное:

МПа (6.12)

допускаемые напряжения (МПа) в верхних кольцевых перемычках с учетом значительных температурных нагрузок находятся в пределах:

для поршней из алюминиевых сплавов…………….…30-40.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

МПа (6.13)

МПа (6.14)

где Nmax=0.0025 МН - наибольшая нормальная сила, действующая на стенку

цилиндра при работе двигателя на режиме максималь-

ной мощности.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей q1 = 0.3 1.0 и q2 = 0.2 0.7 МПа.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре достигается за счет установления оптимальных диаметральных зазоров между цилиндром и поршнем при различных тепловых нагрузках, возникающих в процессе работы дизеля. По статистическим данным для алюминиевых поршней с неразрезными юбками

?r=(0.006 0.008)D=0.007·93=0.651 мм (6.15)

?ю = ( 0.001 0.002 )D=0.002·93=0.186 мм (6.16)

Диаметры головки и юбки поршня:

мм (6.17)

мм (6.18)

Диаметральные зазоры в горячем состоянии: