Тепловой и динамический расчет двигателя ваз 2108

 
 

     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:

     

.

     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 1 политропы сжатия. Точку 2 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:

     

,

     где - длина шатуна. L=121 мм (по прототипу).

     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 зажигания ( ПКВ до в.м.т.), а точку сносим на политропу сжатия, получая точку . Затем проводим плавную кривую изменения линии сжатия в связи с опережением зажигания и в связи с предварительным открытием выпускного клапана. При этом можно считать, что точка находится на середине отрезка ba, а ордината точки находится из соотношения .

     Наклон  линии сгорания определяем исходя из величины скорости нарастания давления. Для этого находим разность давлений между и , а затем разделим на скорость нарастания давления, получая при этом угол , соответствующий углу поворота коленчатого вала за период сгорания от до :

      ,                                                (45)

     Величина  для бензиновых двигателей лежит в пределах 0,2…0,4 МПа/град. Принимаем: =0,3 МПа/град.

     

.

     Под углом  проводим луч . Полученную точку m сносят на горизонтальную линию, соответствующую давлению . Точку их пересечения соединяем с точкой и получаем примерное  протекание линии сгорания. Далее проводят линии впуска и выпуска, скругляя их в точке z.

     В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму. 

     3.2 Развертка индикаторной  диаграммы в координатах  p–φ

     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. 1. Модуль газовой силы также заносим в табл. 1. 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. 1.

     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:

      .

     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:

      ;

Таблица 4

град, ПКВ	0	30	60	90	120	150	180
М1, Нм	0	–122,459	–72,5798	49,9327	89,2633	52,2893	0
М2, Нм	0	–53,0086	–92,4597	–60,8862	43,1797	66,6498	0
М3, Нм	0	127,9507	102,5555	147,7462	138,4639	69,3177	0
М4, Нм	0	–56,3327	–92,4216	–54,1811	68,3797	119,8237	0

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

     

;

     где и - соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного _., мм²;

      - длина интервала между вспышками  по диаграмме крутящего момента, мм.

     Эффективный крутящий момент двигателя:

     

.

     Значение  см. в разделе 2.7. Значение эффективного крутящего момента, полученное по данной формуле, должно совпадать с величиной , вычисленной ранее.

     Относительная погрешность вычислений не должна превышать :

    , что соответствует рекомендациям. 

 

     4. Расчет и построение  внешней скоростной  характеристики двигателя

     Для расчета и построения внешней  скоростной характеристики двигателя воспользуемся следующими эмпирическими зависимостями:

      ,               (46)

      ,                 (47) 

     где _, - эффективная мощность (кВт) и удельный эффективный расход топлива (г/кВт∙ч) при заданной частоте вращения коленчатого вала (об/мин) в искомой точке скоростной характеристики двигателя;

      , - максимальная эффективная мощность двигателя (кВт) и максимальный удельный эффективный расход топлива (г/кВт∙ч) при частоте вращения коленчатого вала (об/мин);

      - постоянные коэффициенты (табл. 5).

     Таблица 5 – Значения коэффициентов для расчета характеристики двигателя

Тип двигателя
бензиновый	1	1	1,2	1	0,8

 

     Значения  и берутся из ранее произведенных расчетов:

      ,

      ,

 

      где , - заданные номинальная эффективная мощность двигателя (кВт) и соответствующая ей частота ращения коленчатого вала (об/мин).

     Текущие значения эффективного крутящего момента  (Н∙м) и часового расхода топлива (кг/ч), необходимые для построения соответствующих графиков, рассчитываются по формулам:

      ,                                          (48)