5.10. Динамічний розрахунок двигуна внутрішнього згоряння

5.10.1. Мета динамічного розрахунку двигуна

Метою динамічного розрахунку двигуна внутрішнього згоряння є визначення сил, які діють в кривошипно-шатунному механізмі: сил від надлишкового тиску газів та нормальних сил, що діють на поршень двигуна, cил інерції мас, що виконують зворотно-поступальний та обертальний рух та ін., визначення індикаторного крутного моменту двигуна, його нерівномірності та основних розмірів маховика.

5.10.2. Організація виконання графічної частини курсової роботи

При виконанні графічної частини курсової роботи аркуш формату А1 ділимо умовно на три частини, з яких ліва має ширину, що приблизно дорівнює 2·S, де S – хід поршня) у вибраному масштабі. Ширина крайньої правої смуги дорівнює 3·L_ш, де L_ш – довжина шатуна у тому ж масштабі. В середній частині, що залишилась, розміщуємо розгорнуті діаграми сил, що діють у кривошипно-шатунному механізмі (див. дод. 2).

5.10.3. Побудова індикаторної діаграми у функції переміщення поршня

Індикаторну діаграма будують у вигляді залежності – тиску газів p у циліндрі двигуна від переміщення поршня S.

Приклад побудови індикаторної діаграми бензинового двигуна (у збільшеному масштабі) наведений на рис. 5.2, дизеля без турбонаддуву повітря – на рис. 5.3, дизеля з турбонаддувом повітря – на рис. 5.4.

Індикаторна діаграма будується в такій послідовності.

Початок координат відповідає уявному положенню поршня, яке він мав би в тому випадку, коли об’єм над ним дорівнював би нулю.

Вибравши масштаб переміщення поршня (для автотракторних двигунів, як правило, він становить m_x = 1 мм/мм) на індикаторній діаграмі відкладаємо по осі абсцис від початку координат послідовно значення та S мм.

Отримані точки і вертикальні лінії, що проходять через них, відповідають верхній і нижній мертвим точкам (ВМТ і НМТ).

Масштаб тиску вибираємо таким, щоб висота індикаторної діаграми становила 1,6...1,8 її ширини.

На відстані 0,1 МПа від осі абсцис проводимо горизонталь, що відповідає атмосферному тиску р_о.

На діаграму наносимо отримані за результатами теплового розрахунку значення тиску, які відповідають:

– на лінії НМТ;

(для дизельних двигунів p _z′) – на лінії ВМТ.

Крім того, для дизелів на відстані S_c мм у вибраному масштабі m_x від осі ординат проводиться пряма, паралельна до осі ординат, а з точки z′ (вправо) – пряма, паралельна до осі абсцис. На перетині вказаних прямих наноситься точка z, яка відображає значення тиску кінця процесу згоряння при p = const.

Використовуючи отримані точки, тонкими лініями будуємо індикаторну діаграму так званого розрахункового циклу, яка відрізняється від діаграми дійсного циклу відсутністю заокруглень.

Для графічної побудови політроп стиснення a – c і розширення z – b з початку координат проводимо допоміжні лінії під кутом  до осі абсцис і під кутами ₁ і ₂ до осі ординат.

Рис. 5.2. Індикаторна діаграма бензинового (газового) двигуна

При цьому для першого променя взято значення, tg = 0,3, а нахил другого і третього визначаємо із залежностей:

або , (5.94)

або , (5.95)

де n₁, n₂ – показники політроп відповідно стиснення і розширення.

Для забезпечення більш високої точності побудови кути краще відкладати не в градусах, а будувати за значеннями їх тангенсів.

Спочатку будується лінія стиснення a – c, а потім лінія розширення z – b.

5.10.3.1 Побудова політропи стиснення

З точки с проводимо дві лінії: першу (горизонтальну пряму) –паралельно осі абсцис до перетину з віссю ординат, другу (вертикальну пряму) – паралельно осі ординат до перетину з променем, що визначається кутом  до осі абсцис.

З точки перетину першої лінії (горизонтальної прямої) з віссю ординат під кутом 45° до осі ординат проводимо (вниз) лінію до перетину з променем, що утворений кутом ₁. З отриманої точки проводимо (вправо) горизонтальну пряму.

З точки перетину другої лінії (вертикальної прямої) з променем, який утворений кутом  до лінії абсцис проводимо пряму під кутом 45° до осі абсцис (вправо) до перетину з віссю абсцис і з отриманої точки – вертикальну пряму до перетину з проведеною раніше горизонтальною прямою. Ця точка розміщується на політропі стиснення. З цієї отриманої точки повторюємо таку ж саму побудову, як і з точки с. В результаті отримуємо другу точку лінії стиснення.

Побудову повторюємо доти, поки чергова точка розташується правіше точки а. Через отримані точки проводимо тонку криву лінію, яка й буде лінією стиснення.

5.10.3.2. Побудова політропи розширення

Лінію розширення будуємо з точки z у тому ж самому порядку, але з використанням променя, проведеного під кутом ₂ до осі ординат.

Лінії стиснення і розширення повинні проходити відповідно через точки а і b. Якщо навіть одна з побудованих точок не буде збігатися з лінією, то потрібно перевірити обчислення та побудову і виправити помилку.

Рис. 5.3. Індикаторна діаграма дизельного двигуна

без турбонаддуву повітря

З’єднавши лініями розрахункові точки z(z′) і c, a і b, отримаємо, індикаторну діаграму розрахункового циклу.

Для побудови діаграми дійсного циклу на отриману діаграму необхідно нанести значення величин, що відповідають дійсному початку згоряння та випуску з використанням методу Брікса.

Рис. 5.4. Індикаторна діаграма дизельного двигуна

з газотурбінним наддувом повітря