Поверочный расчёт двигателя внутреннего сгорания автомобиля ВАЗ 2106 (стр. 6 из 12)
Теплота, потерянная с отработавшими газами
Теплота, передаваемая охлаждающей среде, Вт
,где c – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей; i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; n – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; m – показатель степени для четырехтактных двигателей.
Коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей принимается в пределах c = 0,45–0,53 [1, С. 125]. Принят c = 0,48.
Показатель степени для четырехтактных двигателей принимается в пределах m = 0,5–0,7 [1, С. 125]. Принят m = 0,65.
Теплота, передаваемая охлаждающей среде
Вт.Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива
Вт.Неучтенные потери теплоты
Вт.Составляющие теплового баланса двигателя сведены в табл. 4.
Таблица 4
| Составляющие теплового баланса | Q, Вт | q, % |
| Теплота, эквивалентная эффективной работе | 60800 | 27,4 |
| Теплота, унесенная с отработавшими газами | 69620 | 31,5 |
| Теплота, передаваемая охлаждающей среде | 52360 | 23,8 |
| Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива | 9346 | 4,2 |
| Неучтенные потери теплоты | 28986 | 13,1 |
| Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом | 221112 | 100,00 |
Вывод
В ходе теплового расчета двигателя были определены значения давления в надпоршевом пространстве в каждом из тактов работы двигателя. По этим значениям построена индикаторная диаграмма. Также определены индикаторные и эффективные показатели работы двигателя: средний индикаторный КПД двигателя hi = 0,4; индикаторный удельный расход топлива gi = 205 г/(кВт·ч); механический КПД hм = 0,832; эффективный КПД
he = 0,3304; эффективный удельный расход топлива ge = 248 г/(кВт·ч). Определены основные параметры цилиндра, а также основные параметры двигателя: литраж Vл = 1,45 л; эффективная мощность Ne = 60,8 кВт; часовой расход топлива Gт = 18,12 кг/ч.
3 Расчёт кинематики и динамики двигателя
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма (КШМ) заключается в определении суммарных моментов и сил, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя. Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера (приблизительно равное атмосферному давлению) и силы тяжести (силы тяжести обычно в динамическом расчете не учитывают).
Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.
В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда отдельных положений вала обычно через каждые 10–30º. Результаты динамического расчета сводят в таблицы.
Результаты динамического расчета необходимы для последующего расчета основных деталей двигателя на прочность и долговечность.
Динамический расчет может быть сделан как для вновь проектируемого, так и для реально существующего двигателя. Исходными данными для динамического расчета в первом случае служат результаты предшествующего теплового расчета, а во втором – результаты стендовых испытаний двигателя. Методика выполнения динамического расчета в обоих случаях одна и та же.
Динамический расчет (так же, как и тепловой расчет) обычно производится для одного цилиндра двигателя при постоянном скоростном режиме работы, соответствующем максимальной мощности по внешней скоростной характеристике.
3.1 Основные принятые обозначения к динамическому расчету
КШМ
mR - масса поступательно движущихся частей к.ш.м., кг;
λ- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
R - радиус кривошипа, м;
L - длина шатуна, м;
Рг – удельная сила давления газов, МПа;
Рj - удельная сила инерции поступательно движущихся масс, МПа;
P – удельная суммарная сила, МПа;
РТ - удельная суммарная тангенциальная сила, МПа;
РК - удельная суммарная нормальная сила, МПа;
α - угол поворота кривошипа в градусах;
Fn - площадь поперечного сечения цилиндра, м2;
Рг - давление газов в цилиндре над поршнем, МПа;
mn - масса поршневого комплекта, кг;
mшп - часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно
движущимся массам, кг;
mш – масса шатуна, кг;
mшв - часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам, кг;
mn ’- удельная конструктивная масса поршневого комплекта, кг/м2;
mш ’- удельная конструктивная масса шатуна, кг/м2;
ω - средняя угловая скорость кривошипа, 1/с;
Θ - угловой интервал между вспышками в цилиндрах двигателя в градусах;
Мкр - индикаторный крутящий момент двигателя, Н-м;
S - результирующая сила, действующая на шатунную шейку, Н;
S - суммарная сила, действующая вдоль шатуна, Н;
dшш- диаметр шатунной шейки, м;
lшш - длина опорной поверхности шатунной шейки, м;
S - ход поршня, м;
Мр - масштаб давления газов, принятый при построении индикаторной
диаграммы, МПа в мм;
Мм - масштаб момента, Н·М в мм;
МV -масштаб скорости поршня м/с в мм.
МS -масштаб хода поршня мм в мм.
Мj -масштаб ускорения поршня м/с2 в мм.
Мj - масштаб угла поворота коленчатого вала в мм.
Мj - масштаб угла поворота коленчатого вала для индикаторной диаграммы в мм.
3.2 Расчет кинематики двигателя
Выбор λ и длины 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 l = 0,25. Радиус кривошипа равен половине хода поршня
мм.При этих условиях длина шатуна
мм.Определение перемещения, скорости и ускорения поршня
Перемещение поршня определяется по формуле, мм
.Расчет перемещения поршня производится аналитически через каждые 10º угла поворота коленчатого вала. Значения для
при соответствующем значении угла поворота коленчатого вала занесены в гр. 2 табл. 1, а получившиеся значения sx – в гр. 3 табл. 1.Угловая скорость вращения коленчатого вала определяется для режима номинальной мощности при частоте вращения вала nN = 5600 об/мин
рад/с.Скорость поршня определяется по формуле, м/с
.Значения для
при соответствующем значении угла поворота коленчатого вала занесены в гр. 4 табл. 5, а получившиеся значения vп – в гр. 5 табл. 1.Ускорение поршня определяется по формуле, м/с2
.Значения для
при соответствующем значении угла поворота коленчатого вала занесены в гр. 6 табл. 5, а получившиеся значения j – в гр. 7 табл. 5.Таблица 5
 j | sx, мм |  | vп, м/с |  | j, м/с2 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1,25 | 17169,8 |
| 10 | 0,019 | 0,76 | 0,2164 | 5,07242 | 1,2197 | 16753,6 |
| 20 | 0,0749 | 2,996 | 0,4224 | 9,90106 | 1,1312 | 15538 |
| 30 | 0,1653 | 6,612 | 0,6083 | 14,2586 | 0,991 | 13612,2 |
| 40 | 0,2857 | 11,428 | 0,7659 | 17,9527 | 0,8094 | 11117,8 |
| 50 | 0,4306 | 17,224 | 0,8891 | 20,8405 | 0,5994 | 8233,26 |
| 60 | 0,5938 | 23,752 | 0,9743 | 22,8376 | 0,375 | 5150,94 |
| 70 | 0,7684 | 30,736 | 1,0201 | 23,9111 | 0,1505 | 2067,24 |
| 80 | 0,9476 | 37,904 | 1,0276 | 24,0869 | -0,0613 | -842,01 |
| 90 | 1,125 | 45 | 1 | 23,44 | -0,25 | -3434 |
| 100 | 1,2948 | 51,792 | 0,942 | 22,0805 | -0,4085 | -5611,1 |
| 110 | 1,4524 | 58,096 | 0,8593 | 20,142 | -0,5335 | -7328,1 |
| 120 | 1,5938 | 63,752 | 0,7577 | 17,7605 | -0,625 | -8584,9 |
| 130 | 1,7162 | 68,648 | 0,6429 | 15,0696 | -0,6862 | -9425,5 |
| 140 | 1,8177 | 72,708 | 0,5197 | 12,1818 | -0,7226 | -9925,5 |
| 150 | 1,8973 | 75,892 | 0,3917 | 9,18145 | -0,741 | -10178 |
| 160 | 1,9543 | 78,172 | 0,2616 | 6,1319 | -0,7482 | -10277 |
| 170 | 1,9886 | 79,544 | 0,1308 | 3,06595 | -0,7499 | -10301 |
| 180 | 2 | 80 | 0 | 0 | -0,75 | -10302 |
| 190 | 1,9886 | 79,544 | -0,1308 | -3,066 | -0,7499 | -10301 |
| 200 | 1,9543 | 78,172 | -0,2616 | -6,1319 | -0,7482 | -10277 |
| 210 | 1,8973 | 75,892 | -0,3917 | -9,1814 | -0,741 | -10178 |
| 220 | 1,8177 | 72,708 | -0,5197 | -12,182 | -0,7226 | -9925,5 |
| 230 | 1,7162 | 68,648 | -0,6429 | -15,07 | -0,6862 | -9425,5 |
| 240 | 1,5938 | 63,752 | -0,7577 | -17,76 | -0,625 | -8584,9 |
| 250 | 1,4524 | 58,096 | -0,8593 | -20,142 | -0,5335 | -7328,1 |
| 260 | 1,2958 | 51,832 | -0,942 | -22,08 | -0,4085 | -5611,1 |
| 270 | 1,125 | 45 | -1 | -23,44 | -0,25 | -3434 |
| 280 | 0,9476 | 37,904 | -1,0276 | -24,087 | -0,0613 | -842,01 |
| 290 | 0,7684 | 30,736 | -1,0201 | -23,911 | 0,1505 | 2067,24 |
| 300 | 0,5938 | 23,752 | -0,9743 | -22,838 | 0,375 | 5150,94 |
| 310 | 0,4306 | 17,224 | -0,8891 | -20,841 | 0,5994 | 8233,26 |
| 320 | 0,2857 | 11,428 | -0,7659 | -17,953 | 0,8094 | 11117,8 |
| 330 | 0,1653 | 6,612 | -0,6083 | -14,259 | 0,991 | 13612,2 |
| 340 | 0,0749 | 2,996 | -0,4224 | -9,9011 | 1,1312 | 15538 |
| 350 | 0,019 | 0,76 | -0,2164 | -5,0724 | 1,2197 | 16753,6 |
| 360 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1,25 | 17169,8 |
По данным табл.5 построены графики (рис. 3,4,5) sx=f (φ), vп=f (φ),