Параметр

Вычисленное

значение

Экспериментальное

значение

0.03

0.02…0.06

330,14

310…400

0.778

0.8…0.9

4,19

3.5…5.5

890

700…900

1.037

1.01…1.06

7,12

5…10

7,12

5…10

1889

1800…2300

0.29

0.2…0.4

1109,6

1000…1200

0,796

0,75…1,5

0.51

0.4…0.53

166,04

163…220

0,597

0.45…0.85

0.383

0.3…0.42

221,38

210…280

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

369

390

420

450

480

510

540

570

600

630

660

690

720

0.112

0.102

0.092

0.084

0.079

0.08

0.084

0.092

0.114

0.175

0.364

1.25

5.028

7.124

3,205

1,065

0,552

0.392

0.306

0.188

0.158

0.138

0.126

0.121

0.118

0.112

124.64

20.77

-83.1

-170.35

-216.05

-207.74

-166.19

-78.94

149.57

776.94

2742.14

11949.08

51186.6

72957.52

32249.2

10021.27

4690.72

3028.82

2139.7

914.05

598.28

394.7

274.21

220.2

186.96

124.64

1.275

1.004

0.363

-0.275

-0.638

-0.729

-0.725

-0.729

-0.638

-0.275

0.363

1.004

1.275

1.249

1.004

0.363

-0.275

-0.638

-0.729

-0.725

-0.729

-0.638

-0.275

0.362

1.004

1.275

+

+

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

369

390

420

450

480

510

540

570

600

630

660

690

720

1.000

0.797

0.288

-0.286

-0.712

-0.935

-1.000

-0.935

-0.712

-0.286

0.288

0.797

1.000

0.981

0.797

0.288

-0.286

-0.712

-0.935

-1.000

-0.935

-0.712

-0.286

0.288

0.797

1.000

-25202

-15863

-2095

-1514

-8867

-13343

-14235

-13463

-9128

-1785

-1282

-6361

25860

47226

9810

811

-2904

-11179

-15539

-15316

-14097

-9302

-1641

-2008

-15731

-25202

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0.000

0.620

0.989

1.000

0.743

0.380

0.000

-0.380

-0.743

-1.000

-0.989

-0.620

0.000

0,199

0.620

0.989

1.000

0.743

0.380

0.000

-0.380

-0.743

-1.000

-0.989

-0.620

0.000

0

-12351

-7201

5292

9254

5417

0

-5466

-9525

-6240

4408

4953

0

9579

7638

2788

10153

11666

6309

0

-5723

-9708

-5737

6901

12248

0

+

-

-

+

+

+

+

-

-

-

+

+

+

+

+

3.1 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок , соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе , который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1.5:1 или 2:1.

Принимаем 1:1.

Отрезок , соответствующий объему камеры сгорания, определяется из соотношения

.

Отрезок

.

При построении диаграммы выбираем масштаб давления .

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках .

По наиболее распространенному графическому методу Брауэра политропы сжатия и расширения строим следующим образом.

Из начала координат проводим луч под углом к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи и под углами и к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений

, ,

, .

Политропу сжатия строим с помощью лучей и . Из точки проводим горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения - линию под углом к вертикали до пересечения с лучом , а из этой точки - вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки проводим вертикальную линию до пересечения с лучом . Из этой точки пересечения под углом к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки - вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой политропы сжатия. Точку находим аналогично, принимая точку за начало построения.

Политропу расширения строим с помощью лучей и , начиная от точки , аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку .

После построения политропы сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня как на диаметре полуокружность радиусом . Из геометрического центра в сторону н.м.т. откладываем отрезок

,

где - длина шатуна.

При скруглении индикаторной диаграммы из центра проводят луч под углом , соответствующим предварению открытия выпускного клапана. Полученную точку , соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка ).

Далее из того же центра проводят луч под углом , соответствующим углу опережения начала впрыска топлива ( ПКВ до в.м.т.), а точку сносим на политропу сжатия, получая точку . На линии в.м.т. находим точку из соотношения . Соединяем точки и плавной кривой. Из точки проводим плавную кривую до середины отрезка . Из середины отрезка проводим кривую с плавным переходом в кривую политропы расширения.

Затем проводим плавную кривую изменения линии расширения в связи с предварительным открытием выпускного клапана.

В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму.

3.2 Развертка индикаторной диаграммы в координатах

Развертку индикаторной диаграммы в координаты выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делится на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0, 30, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф.А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.

Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка ) проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью.

Вновь полученные точки на полуокружности соответствует определенным углам ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы начинаем, принимая за начало координат положение поршня в в.м.т. в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в табл. 1. Модуль газовой силы также заносим в табл. 1. По данным этой таблицы строим зависимость .

Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

3.3 Построение диаграмм сил

График силы инерции строим в том же масштабе и на той же координатной сетке, где выстроен график газовой силы . На основании полученных графиков и на той же координатной сетке и в том же масштабе строим график суммарной силы .

Определение модуля силы для различных значений угла выполняем путем суммирования в каждой точке ординат графиков и с учетом их знаков или модулей сил и из табл. 1.

Координатную сетку для графика сил и размещаем под координатной сеткой сил , , . График сил и строим в том же масштабе, что и предыдущий график.

Принимаем масштабные коэффициенты

.

3.4 Построение диаграммы суммарного крутящего момента

Для построения кривой суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя необходимо графически просуммировать кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками.

Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически повторяться.

Для четырехтактного двигателя через

.

Поскольку

,

а ,

то кривая , будет отличаться от кривой лишь масштабом.

Масштаб крутящего момента

;

где - масштаб силы, Н/мм.

Результаты расчета М₁, М₂, М₃, М₄, М_5, М_6, М_å заносим в табл.4

Таблица 4

Средний крутящий момент определяется по площади, лежащей под кривой графика суммарного :

;

где и - соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного _., мм²;

- длина интервала между вспышками по диаграмме крутящего момента, мм.

Эффективный крутящий момент двигателя

Значение см. в разделе 2.7. Значение эффективного крутящего момента, полученное по данной формуле, должно совпадать с величиной , вычисленной ранее.

Относительная погрешность вычислений не должна превышать .

4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для расчета и построения внешней скоростной характеристики двигателя воспользуемся следующими эмпирическими зависимостями:

где _, - эффективная мощность (кВт) и удельный эффективный расход топлива (г/(кВт∙ч)) при заданной частоте вращения коленчатого вала (об/мин) в искомой точке скоростной характеристики двигателя;

, - максимальная эффективная мощность двигателя (кВт) и максимальный удельный эффективный расход топлива (г/(кВт∙ч)) при частоте вращения коленчатого вала (об/мин);

- постоянные коэффициенты (табл. 4).

Значения коэффициентов для расчета характеристики двигателя.

Таблица 5

Значения и берутся из ранее произведенных расчетов:

_,

,

где , - заданные номинальная эффективная мощность двигателя (кВт) и соответствующая ей частота ращения коленчатого вала (об/мин).

Текущие значения эффективного крутящего момента (Н∙м) и часового расхода топлива (кг/ч), необходимые для построения соответствующих графиков, рассчитываются по формулам:

,

.

Данные для построения внешней скоростной характеристики двигателя представлены в табл. 6.

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя принимаем масштабы построения , , , .

Таблица 6.

5. Воздушный фильтр ЗИЛ-433100

Эффективность системы очистки обычно характеризуется коэффициентом пропускания пыли, который зависит как от типа самой системы, так и от режима работы двигателя. Например, в инерционных системах очистки он уменьшается с ростом расхода воздуха, а в системах с сухими (картонными) сменными фильтрами такой зависимости почти нет. Есть у фильтрующего элемента и еще один важный показатель - так называемое предельное сопротивление засасываемому воздуху. Но он характеризует скорее не качество работы фильтра, а эксплуатационные показатели двигателя в условиях недостатка воздуха для смесеобразования. По мере засорения фильтрующего элемента его сопротивление воздушному потоку растет и, следовательно, уменьшается количество воздуха, поступающего на смесеобразование. В определенных режимах это ведет к обогащению смеси, а, значит, к неполному ее сгоранию. Соответственно снижаются мощностные показатели двигателя, увеличиваются расход топлива и концентрация токсичных веществ в выхлопных газах. Словом, с формальных позиций предельно допустимое сопротивление воздушного фильтра - это граница, после которой фильтрующий элемент из помощника превращается во врага. Не случайно данный показатель в значительной степени определяет и конструкцию фильтра, и материалы, из которых он делается. Если говорить о классификации систем очистки воздуха, то их принято разделять, во-первых, по количеству ступеней очистки и, во-вторых, по принципам улавливания пыли. Различают одно-, двух- и трехступенчатые системы, которые еще разделяются на шесть групп:

- сухие инерционные воздухоочистители со сбором отсепарированной пыли в бункер;

- сухие инерционные с отсосом пыли посторонним устройством;

- сухие инерционные с выбросом пыли в атмосферу;

- инерционно-масляные;

- системы, использующие фильтрующие элементы со смоченной маслом набивкой;

- системы с сухими элементами, имеющими фильтрующую перегородку.

Первые три типа в основном используются в качестве первой ступени в двух- или трехступенчатых очистителях на грузовиках и тракторах. На легковых автомобилях чаще применяют одноступенчатые воздухоочистители четвертого и шестого типов. Ну, а элементы со смоченной набивкой - вообще экзотика, их выпускает только английская компания "К и Н" (K&N). Крайне редко встречаются и фильтрующие элементы из пористого полиуретана, смоченного моторным маслом. Бескаркасный фильтрующий элемент фирмы "Fram" (устанавливается на некоторых моделях "Мерседес")

Инерционно-масляные фильтры

Не так давно подобные воздухоочистители стояли практически на всех автомобилях. Да и сегодня часть дизельных двигателей ЯМЗ и почти все бензиновые типа ЗИЛ-130 комплектуются инерционно-масляными системами очистки воздуха. Принцип такой системы. В ее составе две обязательных составляющих: масляная ванна и фильтрующий элемент, представляющий собой набивку из металлической либо капроновой нити. Во время работы воздух проходит в кольцевую щель между корпусом и фильтрующим элементом, а затем к отражателю. При повороте поток воздуха захватывает масло из ванны и вместе с ним устремляется в фильтрующую набивку. Там образуется псевдокипящий пеномасляный слой, где и происходит сам процесс очистки воздуха: частички пыли, коснувшись масла, прилипают к нему. При неработающем двигателе масло из фильтрующего элемента стекает в ванну и увлекает за собой задержанную пыль. Скапливающуюся на дне масляной ванны грязь приходится регулярно удалять, а сам фильтрующий элемент - промывать. Дело это трудоемкое и, главное, вредное с точки зрения экологии. В последние годы инерционно-масляные воздухоочистители постепенно сдают свои позиции системам с сухими сменными элементами, имеющими фильтрующую перегородку. Основная причина отступления - меньшая эффективность. Лишь при максимальном расходе воздуха коэффициент пропуска пыли у инерционно-масляных систем с трудом подбирается к 1-2%. В эксплуатации такие режимы - редкость. А при самых распространенных нагрузках (около 20% мощности) пропуск пыли может достигать пяти, а то и десяти процентов. Сухие фильтрующие элементы практически лишены этого недостатка: на всех режимах работы двигателя они пропускают не более одного процента пыли. Поэтому картонным фильтрам прощается их "одноразовость". Системы очистки воздуха со сменными фильтрующими элементами Современные сменные сухие фильтры - это достаточно сложные конструкции из легких металлов, полимеров и тонкого пористого картона (почти бумаги). Их достоинства очевидны: высокая степень очистки и низкое сопротивление. То есть именно то, что улучшает эксплуатационные характеристики двигателя и продлевает срок его службы. Еще один неоспоримый плюс - простота и удобство замены элемента. Сопротивление фильтрующего элемента прямо связано со временем его работы и загрязненностью атмосферного воздуха. Надо добавить, что решающую роль в долговечности этих изделий играет, конечно, площадь фильтрующей поверхности. Фильтр для "Жигулей", имея площадь фильтрации 0,33 кв.м, достигает предельного сопротивления при пробеге 20 тыс. км. У "волговского" фильтра эти цифры равны 1 кв.м и 30 тыс. км пробега соответственно. Разумеется, приведенные цифры максимального пробега достаточно приблизительны, они получены для дорог с малой запыленностью воздуха, поэтому в реальных условиях их надо корректировать в меньшую сторону. То есть менять фильтрующие элементы чаще. Интересно отметить, что очищающая способность фильтра мало зависит от срока работы. Хорошей иллюстрацией сказанного служат экспериментальные данные, полученные на специальном безмоторном стенде НАМИ (объекты исследования - фильтрующие элементы ВАЗ).

Коэффициент пропуска пыли, достаточно высокий в самом начале работы фильтра (у изделий разных производителей он колеблется от 2,5 до 4,5%), быстро снижается до значений, не превышающих 1%. Объясняется это тем, что пыль, забивая поры картона, как бы сама создает дополнительный фильтрующий слой на его поверхности. Это происходит достаточно быстро – в течение одной минуты работы. Здесь стоит отметить, что сегодня именно испытательные стенды служат основным инструментом для получения объективной технической информации. Специальные методики позволяют пересчитать стендовые часы наработки в тысячи километров пробега. Вот только за рубежом результаты пересчитывают по другим коэффициентам. Отсюда, разница в инструкциях по периодичности замены фильтрующих элементов. С грузовиками картина иная - конкретных инструкций по замене фильтров нет. Это понятно: один и тот же мотор может быть установлен и на шоссейном рефрижераторе, и на карьерном самосвале. Условия работы абсолютно разные и нелепо было бы назначать для этих автомобилей некий средний пробег до смены фильтра. Поэтому на грузовиках применяют индивидуальные индикаторы засоренности воздухоочистителя, сигнал от которых поступает на стрелочный прибор или контрольную лампочку. У дизельных двигателей с турбонаддувом, как и у бензиновых инжекторных, к очистке воздуха предъявляются более жесткие требования. Это связано, в первую очередь, с особенностями их эксплуатации. При прочих равных условиях фильтры на таких двигателях меняют чаще, либо применяют фильтрующие элементы с повышенной площадью фильтрации.

О конструкциях и материалах

Фильтрующие элементы выпускаются трех конструктивных типов: цилиндрические (эти нам хорошо известны), панельные (например, Fram или AC Delco) и бескаркасные (в том числе и отечественные БиГУР

Нередко поток воздуха, проходящий через высокий фильтрующий элемент, вызывает пульсацию картонной шторы. Если при этом штора достает до каркаса фильтра (обечайки), на ней очень быстро появляются надрывы. Особенно часто это бывает, когда обечайка сделана из металла. Сама фильтрующая перегородка (штора) делается из специального высокопористого, пропитанного смолами картона. Пропитка нужна, чтобы предохранить штору от размокания при попадании на нее влаги. Если в процессе эксплуатации вы обнаружите, что штора разбухла - немедленно замените фильтр. Вообще, картон - самый распространенный материал для воздушных фильтров. Но в некоторых странах, например в Японии, сменные элементы делают из синтетических волокон. Эксплуатация таких элементов требует более строгого соблюдения предельных норм пользования. На престижных английских машинах "Роллс-Ройс", а иногда и на спортивных автомобилях устанавливают каркасные (проволочные) элементы из пятислойной марли, пропитанной "фирменным" маслом. По сравнению с картонными у них гораздо меньше начальное сопротивление. Кроме того, после специальной обработки они могут применяться повторно. Именно такие фильтры делает уже упомянутая нами компания K&N. Эти изделия могут устанавливаться и на некоторые серийные машины – например "Ауди" или БМВ. На цилиндрических (например, "жигулевских") фильтрах часто ставят так называемые предочистители в виде белого пояска из искусственного материала. Предочиститель хорош тем, что задерживает до 40% пыли, снижая пылевую нагрузку на картонную штору. Кроме того, он эффективно вбирает в себя сажу, несгоревшие углеводороды и пары масла - эти неизбежные компоненты атмосферы большого города. На грузовых автомобилях и тракторах, работающих в условиях большой запыленности воздуха, стоит применять двухступенчатую очистку. Для этого внутрь основного фильтрующего элемента помещают "фильтр безопасности", имеющий меньшую поверхность фильтрации. В случае нарушения герметичности основного фильтрующего элемента он берет на себя защиту двигателя от пыли.

Рисунок 2- Воздушный фильтр

1-воздухозаборник; 2-распорная пружина; 3-фильтрующий элемент; 4-уплотнитель; 5-крышка; 6-винт; 7-защёлка; 8-корпус; 9-патрубок отсоса пыли; 10-воздухопровод; 11-кронштейн; 12-шплинт дренажного отверстия; 13-соединительный патрубок; 14-хомут; 15-установочная метка.

Воздушный фильтр (рис.2) двухступенчатый, сухого типа, с инерционной решёткой, автоматическим отсосом пыли и сменным бумажным элементом. Воздушный фильтр состоит из корпуса, фильтрующего элемента и крышки. Фильтр прикреплен винтом 6 к воздухопроводу 10 и кронштейну 11, установленному на впускной трубе. Соосность воздухозаборника с отверстием в капоте обеспечивается при условии совмещения метки на корпусе фильтра с осью болта крепления фильтра (метка на корпусе может быть нанесена краской). Для обеспечения герметичности между крышкой и корпусом установлено уплотнительное кольцо. Верхняя крышка прикреплена к корпусу четырьмя защелками. Воздух через входной патрубок попадает для предварительной очистки в первую ступень с инерционной решеткой. В результате резкого изменения направления потока воздуха в инерционной решетке крупные частицы пыли отделяется п. под действием вакуума в патрубке, соединенном с эжектором глушителя, выбрасывается в атмосферу. Предварительно очищенный в первой ступени воздух поступает во вторую ступень с бумажным фильтрующим элементом для более тонкой очистки. Проникая через поры фильтрующего элемента, воздух оставляет на его поверхности мелкие частицы пыли. Окончательно очищенный воздух через трубопроводы поступает в цилиндры двигателя. В системе питания двигателя воздухом применен индикатор засоренности воздушного фильтра, установленный на впускном трубопроводе. По мере засорения фильтра растет вакуум во впускном трубопроводе. При достижении величины вакуума 0,007 МПа (0,07 кгс/см*) индикатор срабатывает, при этом в его смотровом окне появляется красный участок барабана, который остается в таком положении и после остановки двигателя. При срабатывании индикатора следует немедленно обслужить воздушный фильтр.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы был произведен тепловой и динамический расчет двигателя.

При выполнении теплового расчета были определены параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

При выполнении динамического расчета были определены силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм, произведен расчет и построены диаграммы суммарного крутящего момента и внешней скоростной характеристики двигателя.

Литература

1. Вершина Г.А., Якубенко Г.Я. Методическое пособие по курсам «Теория рабочих процессов ДВС» и «Динамика ДВС» для студентов специальности Т.05.10.00. - Мн.: Техноперспектива, 2001. -87 с.

2. Железко Б.Е. Основы теории и динамики автомобильных и тракторных двигателей.- Мн., 1980. -304 с.

3. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 1980. -400 с.

4. Автомобильные двигатели. Под ред. д-ра техн. наук Ховаха М. С. - М.: Машиностроение, 1977. -592с.