Тепловой и динамический расчёт двигателя

                                                    (6)

         Результаты определения, а также , и заносятся в табл.5.

6. Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа                                                                              (7)

7.  Определяем тангенциальную силу  Т, направленную по касательной  к окружности радиуса кривошипа:   .                                          (8)

Результаты определения  К и Т заносим в таблицу 6

 

3.1. Построение  индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок , соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе , который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1.5:1 или 2:1.

Принимаем 1:1.

        Отрезок  , соответствующий объему камеры сгорания, определяется из соотношения

.

 Отрезок 

.

При построении диаграммы выбираем масштаб давления .

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках .

По наиболее распространенному графическому методу Брауэра политропы сжатия и расширения строим следующим образом.

Из начала координат проводим луч под  углом к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи и под  углами и к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений

,                         .

              

                                                                 

 Политропу  сжатия строим с помощью лучей  и . Из точки проводим горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения - линию под углом к вертикали до пересечения с лучом , а из этой точки - вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки проводим вертикальную линию до пересечения с лучом . Из этой точки пересечения под углом к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки - вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой политропы сжатия. Точку находим аналогично, принимая точку за начало построения.

 Политропу  расширения строим с помощью  лучей  и , начиная от точки , аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку .

После построения политропы сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня как на диаметре полуокружность радиусом . Из геометрического центра в сторону н.м.т. откладываем отрезок O’O’1мм.

При скруглении индикаторной диаграммы из центра проводят луч под углом , соответствующим предварению открытия выпускного клапана. Полученную точку , соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка ).

Далее из того же центра проводят луч под углом , соответствующим углу опережения начала впрыска топлива ( ПКВ до в.м.т.), а точку сносим на политропу сжатия, получая точку . На линии в.м.т. находим точку из соотношения . Соединяем точки и плавной кривой. Из точки проводим плавную кривую до середины отрезка .  Из середины отрезка проводим кривую с плавным переходом в кривую политропы расширения.

Затем проводим плавную кривую изменения линии расширения в связи с предварительным открытием выпускного клапана.

В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму.

3.2. Перестроение индикаторной диаграммы  в координатах 

Развертку индикаторной диаграммы в координаты выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делится на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0, 30, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф. А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.

Полученную полуокружность  делим вспомогательными лучами из центра на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка ) проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью.

Вновь полученные точки на полуокружности соответствует определенным углам ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы  начинаем, принимая за начало координат положение поршня в в.м.т. в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в табл. 5. Модуль газовой силы также заносим в табл. 5. По данным этой таблицы строим зависимость .

Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

3.3. Построение диаграмм сил 

График силы инерции строим в том же масштабе и на той же координатной сетке, где выстроен график газовой силы . На основании полученных графиков и на той же координатной сетке  и в том же масштабе строим график суммарной  силы .

Определение модуля силы для различных значений угла   выполняем путем суммирования в каждой точке ординат графиков и с учетом их знаков или модулей сил и из табл. 5.

Координатную сетку для графика сил и размещаем под координатной сеткой сил , , . График сил и строим в том же масштабе, что и предыдущий график.

Принимаем масштабные коэффициенты: 

.

Результаты расчета сил

                                                                      Таблица 5

φ, град	pг, МПа	Рг, Н	cosφ+λcos2φ	Знак силы	Рj, H	Знак силы	PΣ, H	Знак силы
0	0,105	66,35	1,250	+	-38120,0	-	-38053,64	-
30	0,091	-119,43	0,991	-	-30222,3	-	-30341,73	-
60	0,074	-345,02	0,375	-	-11436,0	-	-11781,02	-
90	0,073	-358,29	-0,250	-	7624,0	+	7265,71	+
120	0,082	-245,50	-0,625	-	19060,0	+	18814,50	+
150	0,090	-132,70	-0,741	-	22598,3	+	22465,60	+
180	0,092	-106,16	-0,750	-	22872,0	+	22765,83	+
210	0,097	-39,81	-0,741	-	22598,3	+	22558,49	+
240	0,117	218,96	-0,625	+	19060,0	+	19278,95	+
270	0,185	1127,95	-0,250	+	7624,0	+	8751,95	+
300	0,389	3828,40	0,375	+	-11436,0	-	-7607,60	-
330	1,280	15651,97	0,991	+	-30222,3	-	-14570,34	-
360	3,775	48767,25	1,250	+	-38120,0	-	10647,26	+
379	6,840	89439,80	1,143	+	-34842,3	-	54597,48	+
390	3,731	48176,74	0,991	+	-30222,3	-	17954,43	+
420	1,207	14689,89	0,375	+	-11436,0	-	3253,89	+
450	0,602	6661,54	-0,250	+	7624,0	+	14285,54	+
480	0,410	4107,07	-0,625	+	19060,0	+	23167,06	+
510	0,321	2926,04	-0,741	+	22598,3	+	25524,34	+
540	0,203	1366,81	-0,750	+	22872,0	+	24238,80	+
570	0,186	1141,22	-0,741	+	22598,3	+	23739,52	+
600	0,200	1320,37	-0,625	+	19060,0	+	20380,36	+
630	0,180	1061,60	-0,250	+	7624,0	+	8685,60	+
660	0,150	656,87	0,375	+	-11436,0	-	-10779,13	-
690	0,120	265,40	0,991	+	-30222,3	-	-29956,90	-
720	0,105	66,35	1,250	+	-38120,0	-	-38053,64	-

 

Результаты расчета сил T, K

                                                                                                            Таблица 6

φ, град	cos(α+β)/cosβ	К, H	знак силы	sin(α+β)/cosβ	T,Н	знак силы
0	1,000	-38053,64	-	0,000	0,00	+
30	0,803	-24365,36	-	0,609	-18481,42	-
60	0,308	-3627,90	-	0,977	-11508,98	-
90	-0,258	-1876,00	-	1,000	7265,71	+
120	-0,692	-13020,67	-	0,755	14207,62	+
150	-0,929	-20870,98	-	0,391	8781,60	+
180	-1,000	-22765,83	-	0,000	0,00	+
210	-0,929	-20957,28	-	-0,391	-8817,91	-
240	-0,692	-13342,10	-	-0,755	-14558,35	-
270	-0,258	-2259,74	-	-1,000	-8751,95	-
300	0,308	-2342,72	-	-0,977	7431,93	+
330	0,803	-11700,44	-	-0,609	8874,92	+
360	1,000	10647,26	+	0,000	0,00	+
378	0,927	50617,98	+	0,383	20895,02	+
390	0,803	14417,97	+	0,609	10936,21	+
420	0,308	1002,02	+	0,977	3178,76	+
450	-0,258	-3688,51	-	1,000	14285,54	+
480	-0,692	-16032,89	-	0,755	17494,42	+
510	-0,929	-23712,61	-	0,391	9977,24	+
540	-1,000	-24238,80	-	0,000	0,00	+
570	-0,929	-22054,48	-	-0,391	-9279,57	-
600	-0,692	-14104,34	-	-0,755	-15390,07	-
630	-0,258	-2242,61	-	-1,000	-8685,60	-
660	0,308	-3319,38	-	-0,977	10530,23	+
690	0,803	-24056,33	-	-0,609	18247,02	+
720	1,000	-38053,64	-	0,000	0,00	+

 

 

3.4. Построение  диаграммы суммарного крутящего  момента

      Для построения  кривой суммарного крутящего  момента  многоцилиндрового двигателя необходимо графически просуммировать кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками.

Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически повторяться.

Для четырехтактного двигателя через

.

Поскольку 

,

а , то кривая , будет отличаться от кривой лишь масштабом.

Масштаб крутящего момента

;

 

где - масштаб силы, Н/мм.

 

 

Таблица 7

Угол поворота коленчатого вала, °	Крутящий момент для цилиндра, Н·м						Суммарный крутящий момент, Н·м
	1	2	3	4	5	6
0	0,0	1136,6	-1164,7	0,0	1399,6	-1231,2	140,3
30	-1478,5	702,5	-700,2	874,9	798,2	-694,8	-497,9
60	-920,7	0,0	594,6	254,3	0,0	842,4	770,6
90	581,3	-705,4	710,0	1142,8	-742,4	1459,8	2446,1
120	1136,6	-1164,7	0,0	1399,6	-1231,2	0,0	140,3

 

Средний крутящий момент определяется по площади, лежащей под кривой графика суммарного :