6.1.4. Прискорення поршня

Залежність для прискорення поршня (j, м/с²) може бути отримана при диференціюванні залежності для швидкості поршня за часом. Тобто

Диференцюючи співвідношення (6.8), отримаємо

Залежність (6.10) також може бути подана у вигляді

На рис. 6.2 наведені графіки зміни переміщення (а), швидкості (б) й прискорення (в) поршня за кутом φ, а також гармонік, які їх створюють. Аналіз цих залежностей свідчить, що протягом першої чверті оберту ко­лінчастого вала поршень проходить більшу частину свого руху (прибли­зно 0,56 S); найбільшої величини швидкість поршня набуває при кутах

φ<90 і φ > 270° п.к.в. При кутах φ = 90 і 270° п.к.в. швидкість відповід­но дорівнює + Rω й - Rω , тобто у цих точках її абсолютне значення дорівнює окружній швидкості шатунної шийки колінчастого вала; най­більшого значення прискорення поршня набуває при кутах

φ = 0 і 360° п.к.в., коли

Для автотракторних двигунів найбільше прискорення змінюється в межах j_макс =(5÷20)-10³м/с² й лімітується допущеними найбільшими значеннями сил інерції.

Питання і завдання для самоконтролю

1. Назвіть типи КШМ, які використовуються в автомобільних двигу­нах.

2. Перелічте переваги КШМ із зміщенням осі поршневого пальця. Який рівень абсолютного значення цього зміщення є характерним для сучасних автомобільних двигунів?

3. Виведіть аналітичні залежності для 5, с і у від кута φ для двигу­нів із центральним КШМ.

4. У яких межах змінюються значення с_макс і j_макс? Чим викликані обмеження максимальних значень?

5. У яких межах лежать значення λ = R/L_ш для сучасних автомобільних двигунів?

6.2. Динаміка кривошипно-шатунного механізму

Динамічне дослідження КШМ полягає у знаходженні сумарних сил і моментів, що виникають в КШМ під час роботи двигуна. За цими силами й моментами виконують розрахунок деталей КШМ на міцність, спрацю­вання тощо, визначають сумарний крутний момент й ступінь нерівномі­рності ходу двигуна, оцінюють його зрівноваженість.

6.2.1. Сили, які діють у кривошипно-шатунному механізмі

На деталі КШМ діють:

- сили тиску газу в циліндрі (Р);

• сили тиску картерних газів, які прирівнюють до сил атмосферно­го тиску (Р₀);

• сили інерції(Р_j, К_r);

• сили ваги (Р_G), що, як правило, не враховуються при динаміч­ному дослідженні.

Ці сили сприймаються:

• силами тертя (Р_тер);

• корисним опором на колінчастому валу (Р_оп );

• реакціями опору двигуна (Л_оп).

Під час робочого циклу сили, що діють, їх напрям і моменти від них, змінюються, тому при динамічному дослідженні знаходять їх значення для окремих положень колінчастого вала (як правило, через 5 °п.к.в. в інженерних розрахунках й через 10...15 °п.к.в. у курсових і дипломних проектах).

6.2.2. Сили тиску газів

Тиск газів діє на площину поршня. При дослідженні його дія замі­нюється однією силою, що прикладається до осі поршневого пальця. Ця сила визначається для кожного моменту часу (...°п.к.в.) з індикаторної діаграми, яку будують за даними теплового розрахунку. Перед цим ін­дикаторну діаграму перебудовують у координати р-φ. Для цього мо­же застосовуватись аналітичний або графічний спосіб.

При застосуванні аналітичного способу робочий цикл поділяють на окремі процеси (впуск, стиснення, згоряння, розширення, випуск). Кож­ний процес подається прийнятою для його описання математичною мо­деллю, за допомогою якої розраховують для різних φ відповідні їм зна­чення тиску газів в циліндрі р.

Із графічних способів найбільше розповсюдження набув спосіб проф. А.Ф. Брікса [7]. Зауважимо, що точність результатів при графіч­ному способі перебудови індикаторної діаграми, як правило, нижча.

При перебудові індикаторної діаграми слід ураховувати, що на пор­шень діє надлишковий тиск газу, тобто

де р₀ — тиск картерних газів.

Таким чином, сила тиску газу, яка діє на поршень, при значеннях тиску в циліндрі менших, ніж атмосферний (при впуску), на розгорнутій індикаторній діаграмі буде негативною.