1.3. Силы давления газов

Рис. 22. Индикаторная диаграмма бензинового двигателя

Сила давления газов в цилиндре в зависимости от хода поршня определяются из индикаторной диаграммы в координатах p-v, построенной по данным расчета цикла двигателя: a – конец такта впуска; ac – такт сжатия; с^’z – такт сгорания; zb – расширения; br – выпуска; z – теоретическая точка конца сгорания; z_д – действительная точка конца сгорания (рис. 22).

Действующая по оси цилиндра сила давления газов на поршень определяется по формуле

, (33)

где р_г – давление газов в цилиндре {давление над поршнем), МПа; – давление под поршнем, т. е. давление в картере двигателя (для четырехтактных двигателей с вентиляцией картера принимается равным атмосферному давлению, а для двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой равным давлению продувки), МПа; – площадь поршня (поперечного сечения цилиндра), м².

Поскольку давление газов в цилиндре р_г является величиной переменной, то сила давления газов представляет переменную величину или .

Развернутая индикаторная диаграмма в соответствующем масштабе представляет график выражения (33), т. е. график силы давления газов в зависимости от угла поворота кривошипа . Она строится с использованием, например, программ Microsoft Excel или разработанной на кафедре программы Dinn. Такая диаграмма необходима для динамического расчета двигателя, а также для расчета на прочность его деталей.

Динамические нагрузки на детали КШМ обусловливаются совместным действием сил давления газов на поршень и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс. Поэтому динамический расчет двигателя на расчетном режиме его работы производится исходя из действия суммарных сил. Исходной при этом является суммарная сила , действующая на поршневой палец вдоль оси цилиндра, которая представляет алгебраическую сумму сил и :

.

Построение графика изменения суммарной силы по углу поворота коленчатого вала φ можно производить графическим суммированием соответствующих ординат графиков сил и . Обычно строят графики удельных сил (в МПа), действующих в кривошипно-шатунном механизме: отношение величины силы к площади поршня F_п (Н/м²). Это позволяет сравнивать нагрузки для двигателей, имеющих различные значения D и S. На листе №2 приведены графики удельных сил ; и для бензинового двигателя на режиме максимальной мощности.

Силы давления газов и считается приложенными к оси поршневого пальца и имеют положительный знак, если они направлена к оси кривошипа, и отрицательный знак, если они направлена в противоположную сторону (что для имеет место лишь при давлении газов в цилиндре меньше ).

За расчетные режимы в соответствии с обеспечением условий прочности принимают наиболее тяжелые возможные режимы работы двигателей.

Учитывая, что инерционная нагрузка обычно снижает нагрузку от сил давления газов , другими словами, их совместное действие снижает общую нагрузку , то за основные расчетные принимают три режима:

• режим максимального крутящего момента ( );

• режим холостого хода при максимально допустимой частоте вращения коленчатого вала ( );

• режим максимальной мощности ( ).

Расчет был произведен на режиме максимальной мощности. На листе №2 приведены графики удельных сил ; и по углу поворота коленчатого вала бензинового двигателя на режиме максимального максимальной мощности.