Расчет автомобильного двигателя ЗМЗ-406

 

 

Продолжение таблицы 2

8	18	6,22	11,79	10,38	1,04	4,47	23,23	99,43
9	14	8	16,56	14,32	1,46	6,17	32,62	137,17

 

Значение промежуточных  точек давления в МПа (Рсх, Рвх) или в мм выносятся на поле индикаторной диаграммы и соединяются плавной кривой а-с и кривой z-b. Точки С и Z, Z и Z' соединяются плавными линиями. Принимаем, что процессы впуска и выпуска протекают при постоянном давлении, соответственно  Pa и Pr. Линии политропы расширения Z-b, давления выпуска Pr и политропы сжатия соединить плавными округляющими линиями.(рис.1)

Для оценки правильности построения индикаторной диаграммы, необходимо замерить ее площадь Fi и с учетом масштаба по давлению определить еще  раз среднее индикаторное давление.

 

                          (62)

 

∆=(1,069-1,052)*100/1,069=1,6%

Значение Р'i, установленного по изменению площади индикаторной диаграммы не должно отличаться от значения полученного по результатам  теплового расчета, более чем  на 2%.

Процесс сгорания происходит при изменяющимся объеме и протекает по кривой C - Z' и Z' - Z, для дизеля. Положение точек C' и C" приближенно находятся из равенств, соответственно.

 

                             (63)

 

Округления индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображении и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный, то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозаряди в пределах, принятых в расчёте. В связи с этим начало открытия впускного клапана, начала (точка r') за 18^о до ВМТ и окончание (точка а") – 60^о после НМТ; выпуск - начало (точка b') за 55⁰ до ВМТ и окончание (точка a') – 25⁰ после ВМТ.

С учетом быстроходности двигателя принимается угол опережения впрыска 35⁰ и продолжительность периода задержки воспламенения Δφ₁=5⁰ .

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска определяется положение точек b', r', a', a", c' и f по формуле перемещения поршня.

                              (64)

где

λ - отношение радиуса  кривошипа к длине шатуна (по заданию);

Φ – принятые значения угла поворота коленчатого вала.

      Результаты расчета ординат точек b', r', a', a", c', и f приводим в таблицу 3.

 

Таблица  3

 

Обозначение точек	Положение точек		φ0	(1-cos φ)+λ/4* *(1-cos 2φ)	Расстояние АХ точек  отВ. М. Т., мм
b'	35	до н. м. т.	125	1,6196	79,36
r'	18	до в. м. т.	25	0,2087	10,226
a'	25	после вмт	25	0,2087	10,226
a"	60	после вмт	120	1,535	75,215
c'	35	до вмт	35	0,2748	13,465
f	30	до вмт	30	0,239	11,71

 

Положении точки Z_д по горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять при повороте коленчатого вала но 370⁰ ).

Соединяя плавными кривыми  точки r, c, a', c' c, f и  c" и далее  с Z_д и кривой расширения, b', cb" (точка b" располагается между токами b и а) и далее c r' и r, получаем скругленную индикаторную диаграмму ra' ac' fc' Zд b' b" r.

После всех расчетов строим в масштабе М_р=0,03 МПа в мм индикаторную диаграмму (см рис. 1 ).

 

2.9 Построение внешней скоростной характеристики

 

Для анализа работы автомобильных  двигателей используются различные  характеристики, обычно получаемые экспериментальным путем при испытаниях.

При проектировании нового двигателя отдельные характеристики ( например скоростная) могут быть построены  расчетным путем.

Скоростная характеристика показывает зависимость основных показателей  двигателя от скоростного режима при полном открытие дроссельной заслонки. Такая характеристика позволяет произвести анализ и дать оценку мощностных, экономических и эксплуатационных показателей при работе двигателя на полной нагрузки.

Скоростная характеристика двигателя, полученная при не полном открытии дроссельной заслонке  называется частичной.(рис.2)

С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику можно построить по  результатам  теплового расчета, произведенного для режима максимальной мощности двигателя, и использования эмпирических зависимостей.

Построения кривых скоростных характеристик ведется в интервале:

Для карбюраторных двигателей от n_min = 600…1000 об/мин до n_max=(1,05…1,2)n_N, через интервал n 800 об/мин;

где: n_N - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Расчетные точки характеристики определяются через каждые 800 об/мин.

Точки эффективной мощности:, кВт

Для карбюраторного двигателя

 

                (65)

 

где

Ne и nN - номинальная эффективная  мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (об/мин) при номинальной мощности;

Nex и nX - эффективная мощность (кВт)  и частота вращения коленчатого  вала (об/мин) в искомой точке  скоростной характеристики.

Точки эффективного крутящего  момента, в Нм.

 

                                     (66)

 

Точки среднего эффективного давления, в Мпа.

 

                                            (67)

где

V_л - литраж двигателя в л:

N_ex - текущее значение мощности в кВт.

Точки индикаторного  крутящего момента, в Нм:

 

                                             (68)

 

Точки удельного эффективного расхода топлива (г/кВт ч)

для карбюраторного двигателя:

 

                                    (69)

где

g_eN -удельный расход топлива при номинальной мощности.

Часовой расход топлива (кг/ч)

 

                                             (70)

 

Для определения коэффициента наполнения необходимо задаться законом  изменения α по частоте вращения. Для карбюраторных двигателей можно принять значение α  постоянна на всех скоростных режимах, кроме минимального. При n_x=n_min следует принять состав смеси несколько обогащенным, αn_min= α - 0,1

Тогда текущее значение коэффициента наполнения определится  из выражения:

 

                                            (71)

 

Все результаты занесены в таблице  4.

 

Таблица 4.

 

№ п/п	nx об/мин	Pex МПа	Nex кВт	Mex Нм	GT Кг/ч	ηv	α	ge г/кВт ч
1	900	0,870	17,38	184,50	5,59	0,87	0,9	322,03
2	1790	0,9304	36,95	197,15	10,48	0,92	1	283,67
3	2680	0,9314	55,36	197,36	14,98	0,87	1	270,51
4	3570	0,873	69,31	185,13	19,55	0,86	1	282,54
5	4460	0,757	74,94	160,45	23,96	0,84	1	319,76
6	5350	0,582	69,09	123,33	26,40	0,77	1	382,18
7	6420	0,293	41,84	62,23	20,52	0,50	1	490,57

 

  По результатом таблицы 4 строим скоростную характеристику двигателя (см рис.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА КШМ

 

        3.1 Общие положения и исходные данные к расчету кинематики и динамических сил кривошипно-шатунного механизма двигателя

 

Основной задачей  кривошипно-шатунного механизма  является превращение прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Условия работы элементов кривошипно-шатунного механизма характеризуются широким диапазоном и высокой частотой повторения знакопеременных нагрузок в зависимости от положения поршня, характера происходящих процессов внутри цилиндра и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

        Расчет кинематики и определение динамических сил, возникающих в кривошипно-шатунном механизме выполняется для заданного номинального режима, с учетом полученных результатов теплового расчета и ранее принятых конструктивных параметров предложенного прототипа. Результаты кинематического и динамического расчета будут использоваться для расчета на прочность и определения конкретных конструктивных параметров или размеров основных узлов и деталей двигателя.

        Основной задачей кинематического  расчета является определение перемещения, скорости и ускорения элементов кривошипно-шатунного механизма.

        Задачей динамического расчета  является определение и анализ  сил, действующих на КШМ.

        Угловую скорость, вращения коленчатого  вала принимаем постоянной, в соответствии с заданной частотой вращения.

        В расчете рассматриваются нагрузки  от сил давления газов и  от сил инерции движущихся  масс.

        Текущие значения силы давления  газов определяем на основе  результатов расчета давления  в характерных точках рабочего цикла после построения и развертки индикаторной диаграммы в координатах по углу поворота коленчатого вала.

        Силы инерции движущихся масс  КШМ делят на силы инерции  возвратно-поступательного движения  масс P_j и силы инерции вращательного движения масс KR.

        Силы инерции движущихся масс  КШМ необходимо определить с  учетом размеров цилиндра, конструктивных  особенностей КШМ и масс его  деталей.