Контрольные вопросы

1. Как и почему изменяются основные параметры по нагрузочной характеристике дизеля?

2. Как и почему изменяются основные параметры по нагрузочной характеристике двигателя с искровым зажиганием?

3. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по скоростной характеристике?

4. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по регулировочной характеристике от состава смеси?

5. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по регулировочной характеристике от угла опережения впрыскивания дизеля?

6. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по регулировочной характеристике от угла опережения зажигания?

7. Как снимается нагрузочная характеристика?

8. Как снимается регулировочная характеристика двигателя с искровым зажиганием по составу смеси?

9. Как снимается регулировочная характеристика по углу опережения зажигания?

10. Как снимается скоростная характеристика?

11. Для чего необходима внешняя скоростная характеристика?

12. Сформулируйте назначение регуляторной характеристики.

13. Перечислите способы повышения мощности двигателя.

14. Напишите в развернутом виде формулу эффективной мощности.

Лекция 8: КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ШАТУННО-КРИВОШИПНОГО МЕХАНИЗМА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ.

1. Кинематические характеристики движения.

2. Динамика кривошипно-шатунного механизма

3. Влияние конструктивных соотношений кривошипно-шатунного механизма на параметры двигателя

1. Кинематические характеристики движения.

В автомобильных двигателях в основном используются следую­щие типы кривошипно-шатунного механизма (рис. 8.1): централь­ный (аксиальный), смещенный (дезаксиальный). Комбинируя дан­ные схемы, можно сформировать кривошипно-шатунный меха­низм (КШМ) как линейного, так и многорядного многоцилинд­рового двигателя. При этом смещенный механизм возможен в двух вариантах. В первом случае ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала, а во втором — ось поршневого пальца сме­щена относительно оси цилиндра.

Рис. 8.1 Кинематические схемы КШМ:

а – центральная линия; б – смещенная линия

При работе двигателя основные элементы КШМ совершают различные виды перемещений. Поршень движется возвратно-по­ступательно. Шатун совершает сложное плоскопараллельное дви­жение в плоскости его качания. Кривошип коленчатого вала со­вершает вращательное движение относительно его оси.

Расчетная кинематическая схема КШМ представлена на рис. 8.2. Основными геометрическими параметрами, определяющими за­коны движения элементов центрального КШМ, являются: r — радиус кривошипа коленчатого вала; l_ш — длина шатуна.

Параметр λ = r/l_ш является критерием кинематического подо­бия центрального механизма. При этом для КШМ различных раз­меров, но с одинаковыми λ законы движения аналогичных эле­ментов подобны. В автотракторных ДВС применяют КШМ с λ = 0,24...0,31.

В смещенных КШМ имеется еще один геометрический пара­метр, влияющий на его кинематику, — смещение оси цилиндра (пальца) относительно оси коленчатого вала а. При этом относи­тельное смещение k = а/r является дополнительным к λ критери­ем кинематического подобия смещенных КШМ. Таким образом, подобные смещенные КШМ имеют одинаковые λ и k, где k изме­няется от 0,02 до 0,1.

Рис. 8.2 Расчетные схемы КШМ: а – центральная; б – смещенная.

При кинематическом анализе КШМ приняты следующие до­пущения:

угловая скорость (частота вращения) коленчатого вала ω по­стоянна;

элементы КШМ абсолютно жесткие;

зазоры в подвижных сочленениях КШМ отсутствуют.

Кинематику КШМ можно полностью описать, если известны законы изменения во времени следующих параметров:

перемещения поршня X. Начало отсчета (X = 0) соответствует положению поршня в ВМТ; положительное направление отсчета принято при его движении от ВМТ к НМТ при вращении криво­шипа по ходу часовой стрелки;

угла поворота кривошипа φ (начало отсчета — положение кри­вошипа при нахождении поршня в ВМТ);

угла отклонения шатуна β от оси цилиндра (β = 0 при φ = 0).

Кинематика кривошипа. Вращательное движение кривошипа коленчатого вала определено, если известны зависимости угла по­ворота φ, угловой скорости ω и ускорения ε от времени t.

Для постоянной частоты вращения коленчатого вала φ = ωt и ω = πn/30.

Кинематика поршня. Кинематика возвратно-поступательно дви­жущегося поршня описывается зависимостями его перемещения Х_φ, скорости υ_φ и ускорения j_φ в функции угла поворота кривоши­па φ.

Перемещение поршня при повороте кривошипа на угол φ опре­деляется как сумма его смещений от поворота кривошипа на угол φ(X_I) и отклонения шатуна на угол β(Х_II): X = r + l_ш - r cosφ - l_ш соs β

или окончательно с учетом λ = r/l_ш X = r[(1-соsφ) + (1/λ)(1-соsβ)].

С достаточной для практических расчетов точностью можно упростить эту зависимость: X = r[(1 - соsφ) + (λ/4)(1 - соs2φ)] = Х_I+Х_II.

Скорость поршня определяется как первая производная от пе­ремещения поршня по времени:

и приближенно .

Максимального значения скорость достигает при φ + β = 90°, когда ось шатуна перпендикулярна радиусу кривошипа.

Для современных двигателей λ составляет 1,62... 1,64.

Ускорение поршня определяется производной от скорости пор­шня по времени:

и приближенно

В современных двигателях j = 5000... 20000 м/с².

Для дезаксиального КШМ приближенные значения υ и j име­ют вид:

С учетом того, что для современных двигателей произведение kλ = 0,01...0,05 и его влияние на кинематику механизма невели­ко, на практике им обычно пренебрегают.

Кинематика шатуна. Сложное плоскопараллельное движение шатуна складывается из движения его верхней головки с кинема­тическими параметрами поршня и его нижней кривошипной го­ловки с параметрами конца кривошипа. Кроме того, шатун со­вершает вращательное (колебательное) движение относительно точки сочленения с поршнем.