300-325 г/(кВт • ч), можно считать данные, полученные в тепловом расчете, достаточно близкими к реальным расходам топлива уже созданных и работающих двигателей.

§ 22. РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ

На основании теплового расчета, проведенного для режима номинальной мощности (см. § 18), получены следующие параметры, необходимые для расчета и построения внешней скоростной характеристики дизеля:

а) без наддува - эффективная мощность Мд = 175,9 кВт; частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности = = 2600 об/мин, тактность двигателя т = 4; литраж = 10,852 л; ход поршня S = 120 мм; теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива /о = 14,452 кг возд/кг топл; плотность заряда на впуске = 1,189 кг/м; коэффициент избытка воздуха алг = 1,4; удельный эффективный расход топлива ggN = 2i2 г/(кВт.ч);

б) с наддувом - э(}ктивная мощность Ng = 233,0 кВт; частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности = = 2600 об/мин; тактность двигателя т = 4; литраж = 10,852 л; ход поршня S = 120 мм; теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива Zq = 14,452 кг возд/кг топл; плотность заряда на впуске р = 1,641 кг/м; коэффициент избытка воздуха аы = 1,7; удельный эффективный расход топливал/ = 220 г/(кВт.ч).

Расчетные точки скоростной характеристики. Принимаем: rain = = 600 об/мин; Пх, - 1000 об/мин; далее через каждые 500 об/мин и пы =2600 об/мин.

Все расчетные данные заносятся в табл. 17.

Таблица 17

та о»

* л « 5 Э ш S

Параметры внешней скоростной характеристики

Дизель без наддува

Дизель с наддувом

600 1000 1500 2000 2500 2600

57,9 103,6 159,8 205,6 231,2 233,0

922 990 1018 982 884 856

1,067 1,146 1,178 1,137 1,023 0,991

2,4 4,0 6,0 8,0 10,0 10,4

0,117 0.136

0,207 0,212

1,184 1,282

0,160 1,338 0.183

1023 1108 1156

1,320 1140 1,230 1063 1,203 1039

274 242 217 209 217 220

15,86 25,07 34,68 42,92 50,17 51,26

1,25 1.34 1,46 1,57 1,68 1.70

0,895 0,910 0.14 0,914 0,914 0,909

Мощность в расчетных точках ,

= (Knjn) [0,87 + 1 ,\2njn-injnf] кВт;

• для дизеля без наддува /V,= (175,9 «/2600)[0,87 + 1,13«/2600-

- (/г/2600)*] кВт;

для дизеля с наддувом /V,= (233,0 «/2600)[0,87 + 1,13«/2600-

- {njmO) кВт. Эффективный крутящий момент

Мдх Ngx- 3 • 10V(n«x) 9554NgJnx Н-м.

Среднее эффективное давление

Рех = • 30т/У«, = 30 • 4 . NgJ{\0,8b2nx) = 11,058/V,,/«, МПа.

Средняя скорость поршня

Гп.ср = SnJ2, . 10* = 120/30000 = 0,(04« м/с.

Среднее давление механических потерь

рх = 0,089 -f 0,0118 Гп.ср МПа.

Среднее индикаторное давление

Pix = Рех + Рм« МПа. Индикаторный крутящий момент

Mix =PixVa 10«/(ят) = 10,852 • ХОрЛгМ -4) =864 PiB-u.

1500 1000 2500 n,oS/MUH

то 1500 20ОО п, о5/мин

Рис. 42. Скоростные характеристики дизеля: о - без наддува; б - с наддувом

5-370

Удельный эффективный расход топлива для дизелей

Ёех =geN [1,55-1,55лПл, + (пМЬ

без наддува g =242 [1,55-1,55 nJriN + {пПя)Ц г/(кВт с наддувом = 220 [1,55-1,55 ппд, + {njnf/y] г/(кВт Часовой расход топлива

Коэффициент избытка воздуха. Принимаем для дизелей:

без наддува а„ шш = 0,86а = 0,86 • 1,4 я? 1,2;

с наддувом а„ = 0,74а= 0,74 • 1,7 = 1,25.

Соединяя точки а„п„„ и ал (рис. 42, а, б) прямой линией, получим значения Для всех расчетных точек дизелей без наддува и с наддувом.

Коэффициент наполнения

для дизеля без наддува Пу = 14,452 РехСеЛШО • 1,189) = = 0,m338pexaxgex;

для дизеля с наддувом = ИАЬ2ра geJiO 1,641) = = 0 00245;t>,Age,.

По расчетным данным, приведенным в табл. 17, строим внешние скоростные характеристики дизелей без наддува (рис. 42, а) и с над-дуюм (рис. 42, б).

Коэффициент приспособляемости для дизелей:

без наддува ( = Ma/M,л? 769/646 = 1,19;

с наддувом К -=MemjMeN = 1018/856 = 1,19, где Мшах определены по скоростным характеристикам.

Часть вторая

КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЯ

Глаза VI

КИНЕМАТИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА § 23. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В двигателях внутреннего сгорания возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во. вращательное движение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма.

Кривошипно-шатунный механизм может бьггь центральным, когда оси коленчатого вала и цилиндров лежат в одной плоскости (рис. 43, а), или смещенным (дезаксиальным), когда оси коленчатого вала и цилиндров лежат в разных плоскостях (рис. 43, б). Дезаксиальный механизм может быть получен также и за счет смещения оси поршневого пальца.

В настоящее время в автомобильных и тракторных двигателях наибольшее распространение получил центральный кривошипно-шатунный механизм. На рис. 43, а приведены основные обозначения такого механизма: Sy, - текущее перемещение поршня (точка А - ось поршневого пальца); ф - угол поворота кривошипа а) \

\0В), отсчитываемый по В.м.т.\/[

оси цилиндра [АО) в на- Т ГТТт правлении вращения коленчатого вала по часовой стрелке (точка О обозначает ось коленчатого вала; точка В - ось шатунной шейки; точка А- в. м. т.); Р - угол отклонения оси шатуна {А В) от оси цилиндра; со - угловая ,рко-рость вращения коленчатого вала; R = О В - диус кривошипа ; = 27? = АА" - ход поршня (точка А" обозначает н. м. т.); Ln, = АВ- длина шатуна; К = Я/Ьщ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

Рис. 43. Схемы кривошипно-шатунных механизмов:

а - центрального; 6 - смещенного (дезаксиального)

Рис. 44. Схема кривошнпно-шатунного механизма для определения минимальной длины шатуна

R + Lj =А0 - расстояние от оси коленчатого вала до в. м. т.

В смещенном кривошипно-шатунном механизме (рис. 43, б), в отличие от принятых обозначений для центрального механизма угол ф (Поворота кривошипа отсчитывают от прямой СО, параллельной оси цилиндра AD и проходящей через ось коленчатого вала, а S = АА" ф 2R. Дезаксиальный механизм характеризуется величиной относительного смещения k = =a/R = 0,05 0,15, где а =0D~ величина смещения оси цилиндра относительно оси коленчатого вала.

Величины инерционных усилий, действующих в двигателе, зависят от указанных выше размеров и их соотношений.

Установлено, что с уменьшением Я, = = RIL (за счет увеличения происходит снижение инерционных и нормальных сил, но при этом увеличивается высота двигателя и его масса. В связи с этим в автомобильных и тракторных двигателях принимают Я = 0,23 -f- 0,30.

Конкретные значения Я, для некоторых автомобильных и тракторных двигателей следующие:

Марка двигателя... МеМЗ.965 МЗМА-412 ВАЗ-2106 ЗИЛ-130 Д-20 СМД-14 ЯМ3.240 КамАЗ-740 А . . 0,237 0,265 0,295 0,257 0,280 0,280 0,264 0,267

Для двигателей с малым диаметром отношение RIL выбирают с таким расчетом, чтобы избежать задевания шатуна за нижнюю кромку цилиндра.

Минимальную длину шатуна и максимально допустимое значение Я, без задевания шатуна за кромку цилиндра определяют следующим образом (рис. 44): на вертикальной оси цилиндра наносят центр коленчатого вала О, из которого радиусом R = 5/2 проводят окружность вращения центра шатунной шейки. Далее, пользуясь конструктивными размерами элементов коленчатого вала (см. табл. 56), из точки В (центр кривошипа, находящегося в н. м. т.) радиусом г. проводят окружность шатунной шейки, из центра О радиусом - вторую окружность вращения крайней точки щеки или противовеса:

Для двигателей без противовесов...... . . . . /•i=?+(l,15-M,25) /•щ

Для двигателей с противовесами.......... ri=R-\-(\,Z 1,5)

Отступя на 6-8 мм вниз от точки С, проводят линию А - А перпендикулярно оси цилиндра, определяющую минимально допустимое приближение нижней кромки поршня к оси коленчатого вала.

Пользуясь конструктивными соотношениями размеров поршня (см. табл. 50), от линии А - А вверх наносят контур поршня, в том числе и центр поршневого пальца (точка А"). Расстояние между точками А" н В - минимальная длина шатуна L„j по которой определяют

Во избежание задевания шатуна за стенки проверяют его траекторию при движении поршня от в. м. т. до и. м. т.. Для этого вырезают из кальки контур шатуна и перемещают его по чертежу так, чтобы центр поршневой головки шатуна перемещался по оси цилиндра, а центр кривошипной головки - по окружности радиуса R. При этом шатун не должен задевать за нижнюю кромку цилиндра, которая может находиться на 10-15 мм выше нижней кромки поршня при его нахождении в н. м. т. (линия Е - Е). Если шатун при движении задевает за нижнюю кромку цилиндра, то длину шатуна увеличивают или делают прорези в стенках цилиндра для прохода шатуна. На этой же схеме наносят траекторию движения крайних точек кривошипной головки шатуна для определения габаритных размеров картера двигателя и размещения распределительного вала. Значение Я, принятое предварительно при построении индикаторной диаграммы, сохраняют при условии X < Яах-

Расчет кинематики кривошипно-шатунного механизма сводится к определению пути, скорости и ускорения поршня. При этом принимается, что коленчатый вал вращается с постоянной угловой скоростью со (в действительности за счет постоянно изменяющихся газовых нагрузок на поршень и деформации коленчатого вала со Ф const). Это допущение позволяет рассматривать все кинематические величины в виде функциональной зависимости от угла поворота коленчатого вала ф, который при со = const пропорционален времени.

§ 24. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ПОРШНЯ

Перемещение поршня (м) в зависимости от угла поворота кривошипа для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом

s. = R

(l-COS(p)-f (1-cosP)

(154)

Для расчетов удобнее пользоваться выражением, в котором перемещение поршня является функцией только одного угла ф.

Для практических расчетов такое выражение получают с достаточной степенью точности при замене в формуле (154) значения

C0SP= 1 ---Я*8Ш*<р

X* sin* ср -

только первыми двумя членами, пренебрегая вследствие малой величины членами выше второго порядка:

(1 - cos <р) Н--(1 - cos 2у)