6.2.4. Сумарна сила, що діє на поршень

Початковою для динамічного розра­хунку КШМ є сумарна сила Р_Σ , що діє на

поршень, яка складається із сили тиску газу Р_r і сили інерції мас, що рухаються зворотно-поступально, Pj, тобто

Графік зміни цієї сили можна одер­жати, складаючи (аналітичне або графіч­но) значення сил Р_r і Р_j- при різних кутах обертання колінчастого вала φ(рис. 6.4).

Сила Р_Σ й характер її зміни зале­жать від співвідношення сил Р_r й Р_j котрі, в свою чергу, визначаються режи­мними параметрами двигуна (наванта­женням і частотою обертання колінчастого вала).

6.2.5. Сумарні сили і моменти, що діють у кривошипно-шатунному механізмі

Для їх визначення розкладемо сумарну силу Р_Σ на два напрямки (рис. 6.4), один з яких (сила N) перпендикулярний до осі циліндра, дру­гий (сила S) — вздовж осі шатуна. Бокова сила N притискує поршень до стінки циліндра, а сила S, що діє вздовж осі шатуна, стискує або розтя­гує його. Залежності для цих сил такі:

Перенесемо силу S у центр шатунної шийки й розкладемо на два напрямки: вздовж радіуса кривошипа (сила К) й перпендикулярно до нього (сила Т). Сила К стискує або розтягує кривошип, сила Т створює індикаторний крутний момент або індикаторний момент (М_i ). Залежно­сті для сил і індикаторного моменту мають вигляд:

Напрямки сил та моментів, які приведені на рис. 6.4, вважаються позитивними, протилежні їм — негативними. На рис. 6.5 а, б, в наведені характерні графіки сил, що діють у КШМ. Графік сили Т= f(φ) якісно відображає й характер змінювання індикаторного моменту М_i = f(φ).

Одночасно з появою індикаторного моменту в двигуні починає діяти й перекидний момент

Перекидний момент чисельно дорівнює індикаторному моменту, але має протилежний напрямок дії. У зв'язку з цим його значенням на­дається знак мінус. Дійсно, із розгляду трикутників ОАЕ, OBD й ODE (рис. 6.4) видно, що

У той же час

Перекидний момент діє на опори двигуна, на яких виникає рівний йому, але протилежний за знаком, момент реакцій, що діють на опори двигуна з боку рами автомобіля.

Інерційна частина (P_j) сумарної сили Р_Σ не зрівноважується в середині двигуна (вона зовнішня по відношенню до нього) й передається через корінні підшипники на його опори. Газова частина (Р_Σ) зрівноважується в середині двигуна (вона внутрішня).

6.2.6. Сумарні індикаторний і ефективний крутний моменти

У багатоциліндровому двигуні тангенціальні сили, які діють на кож­ній шатунній шийці, утворюють відповідні індикаторні моменти. В ре­зультаті їх підсумування на кінці колінчастого вала створюється сумар­ний індикаторний момент ΣM_i, Н- м:

На рис. 6.6, а наведений графік сумарного індикаторного моменту для шестициліндрового рядного двигуна, побудований підсумовуванням відповідних значень індикаторних моментів для окремих циліндрів. При додаванні криві моментів зміщуються на кут ϴ, °п.к.в., який дорівнює інтервалу між робочими ходами двигуна. При рівномірному чергуванні робочих ходів (циклів)

де i — число циліндрів у двигуні.

При побудові береться до уваги, що сумарний індикаторний момент

змінюється з періодом ϴ = 120° п.к.в., тому підсумок зроблено для цього кутового відрізка. Для зображення сумарного індикаторного моменту за весь робочий цикл результат, одержаний для одного періоду, повторю­ють (копіюють) на інтервалі 720° п.к.в. стільки разів, скільки циліндрів у двигуні.

Середнє значення побудованого індикаторного моменту може бути обчислене за виразом:

де

Одержаний момент відрізняється від ефективного крутого момен­ту М_е (крутного моменту М_к) значенням механічних втрат, тобто

У дизелі 6V з γ = 90° (ЯМЗ-236, СМД-60, "Вольво") відбувається не­рівномірне чергування однойменних тактів - через 90 і 150° п.к.в. Тому залежність (6.34) для них не годиться. У той же час видно, що чергуван­ня робочих ходів у кожному з рядів циліндрів цих двигунів рівнозначне й дорівнює 240° п.к.в. Тому для цього дизеля спочатку можна побудувати сумарний індикаторний момент для одного ряду, а потім підсумувати його із зміщеними на кут 630° п.к.в. (720° - 90°=630° п.к.в.) значеннями моменту для другого ряду. Період чергування сумарного індикаторного моменту буде 240° п.к.в. При обчислюванні сумарного індикаторного моменту необхідно врахувати порядок роботи циліндрів.

Як видно з рис. 6.6, б, ΣM_i для цього дизеля характеризується більш значною

нерівномірністю (різницею між найбільшими й най­меншими значеннями), ніж для шестициліндрового рядного двигуна (рис. 6.6, а). Це пов'язано з нерівномірним чергуванням тактів.