1. Двигатель
Литровая мощность характеризует степень эффективности использование рабочего объема цилиндров; зависит от величины среднего эффективного давления pe , числа оборотов n коленчатого вала двигателя и тактности двигателя T и является показателем форсированности двигателя по pe и n
Литровая мощность подсчитана по формуле

Nл = Ne max / Vh  , л.с./л.,

где Vh - рабочий объем цилиндров в л.

Удельная мощность характеризует тепловую и динамическую напряженность двигателя; зависит от величины среднего эффективного давления pe , средней скорости поршня ωср , и коэффициента тактности τ.
Удельная мощность подсчитана по формуле

Nу = Ne max / ((i π Dц2)/4)  , л.с./дм2.

Литровый вес является показателем совершенства конструкции двигателя, совершенства технологического процесса его изготовления и качества применяемых материалов.
Литровый вес подсчитан по формуле

Gл = Gд / Vh  , кг/л.,

где Gд - вес двигателя, кг.

Удельный вес зависит от совершенства конструкции двигателя и от степени его форсирования по среднему эффективному давлению pe и числу оборотов n.
Удельный вес подсчитан по формуле

Gу = Gд / Ne max  , кг/л.с.

Коэффициент приспособляемости характеризует динамические качества двигателя, т.е. способность его преодолевать кратковременные перегрузки.
Коэффициент приспособляемости подсчитан по формуле

K = Mmax / MN ,

 где Mmax - максимальный крутящий момент;
        MN - значение крутящего момента при максимальной мощности.

Основные параметры двигателя приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1.
Тип двигателячетырехтактный
карбюраторный
Применяемое топливоБензин А70
Число цилиндров4
Диаметр цилиндров в мм, Dц82
Ход поршня в мм, S100
Рабочий объем в л, Vh2.12
Степень сжатия6.2
МощностьМаксимальная эффективная в л.с., Ne max50
Литровая в л.с./л., Nл23.6
Удельная в л.с./дм2, Nу23.6
Крутящий момент в кгмПри максимальной мощности МN10.0
Максимальный Мmax12.5
Коэффициент приспособляемости1.25
Число оборотов коленчатого
вала двигателя в минуту
При максимальной мощности nN3600
При максимальном крутящем моменте nм2000
Отношение nм / nN0.555
Вес двигателя Сухой вес в кгБез коробки и сцепления G195
С коробкой и сцеплением Gк250
Литровый вес в кг/лБез коробки и сцепления Gл92
С коробкой и сцеплением Gлк118
Удельный вес в кг/л.с.Без коробки и сцепления Gу3.9
С коробкой и сцеплением Gук5.0
Порядок работы двигателя1 - 2 - 4 - 3
Минимальный удельный расход топлива в г/л.с.ч, qe min265

Основной характеристикой автомобильного двигателя, определяющей его экономику и динамику, является скоростная (внешняя) характеристика. Эта характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности Ne двигателя, часового GT и удельного ge расходов топлива от числа оборотов n. Для карбюраторных двигателей скоростная характеристика соответствует работе при полном открытии дроссельной заслонки при установленной эксплуатационной регулировке карбюратора и при наивыгоднейшем для данного режима работы опережении зажигания. На рисунке 1.1 показана скоростная характеристика испытанного двигателя М-20 первых выпусков (мощностью 50 л.с.), приведенная к нормальным условиям и соответствующая работе приработанного двигателя с полным комплектом оборудования (воздухоочиститель, водяной насос, генератор), но без глушителя и вентилятора.

скоростная характеристика
Рис. 1.1. Скоростная характеристика двигателя М-20

Кроме кривой мощности Ne, на характеристике приведена кривая крутящего момента, подсчитанная по формуле:
Мкр = 716.2 Ne / n   , кгм.

На рисунке 1.2 приведена характеристика трения в двигателе, дающая зависимость мощности трения Nтр и механического к.п.д. νм двигателя в функции числа оборотов n.

характеристики трения в двигателе
Рис. 1.2. Характеристики трения в двигателе М-20

Мощность трения Nтр является мощностью, которая необходима для прокручивания двигателя. Мощность трения затрачивается на преодоление трения в различных механизмах двигателя, на приведение в действие вспомогательных устройств (масляный и водяной насосы, генератор и т.д.), и на насосные потери - на впуск и выпуск. Давление трения pтр представляет собой часть среднего индикаторного давления двигателя, затрачиваемую на преодоление внутренних потерь.
Характеристика трения снята при полном открытии дроссельной заслонки; с двигателя, оборудованного воздухоочистителем, генератором, водяным и масляным насосами, но без вентилятора.
Основные параметры рабочего процесса двигателя приведены в таблице 1.2. Все цифровые данные в таблице 1.2 соответствуют режиму максимальной мощности двигателя.
Таблица 1.2.
Среднее индикаторное давление в кг/см2,     pi8.05
Давление трения в кг/см2,     pтр2.15
Среднее эффективное давление в кг/см2,     pe5.90
Мощность трения в л. с.,     Nтр18
Индикаторная мощность в л. с.,     Ni68
Эффективная мощность в л. с.,     Ne max50
Механический к.п.д. νм0.734
Индикаторный к.п.д. νi0.300
Эффективный к.п.д. νe0.220
Удельный расход топлива при максимальной мощности г/л.с.ч, ge0.275

Такие параметры, как среднее индикаторное и эффективное давления в pi и pe, давление трения pтр, мощности, к.п.д. двигателя и удельный расход топлива даны или подсчитаны по формулам:
Среднее эффективное давление pe = (450 T Ne) / (n Vh); кг/см2
Где T - коэффициент тактности (для четырехтактного двигателя принят равным T = 2)
Давление трения pтр = 0.35+0.0005·n кг/см2
Среднее индикаторное давление pi = pe + pтр кг/см2
Индикаторная мощность двигателя Ni = Ne + Nтр л.с.;
Механический к.п.д. двигателя νм = Ne / Ni
Эффективный к.п.д. двигателя νм = (632 1000) / (geHu)
  Где ge - удельный расход топлива в г/л.с.ч.
          Hu - рабочая теплотворность топлива в ккал/кг.

Кинематика кривошипно-шатунного механизма характеризуется величинами перемещений, скоростей и ускорений поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
Значения этих величин зависят от угловой скорости вращения коленчатого вала и от соотношения основных размеров кривошипно-шатунного механизма - радиуса кривошипа к длине шатуна.
Характер изменения основных кинематических параметров в функции угла поворота коленчатого вала двигателя М-20 показан на рис. 1.3.
кинематические параметры двигателя
Рис. 1.3. Кинематические параметры двигателя М-20

Данные по кинематическим параметрам двигателя М-20 приведены в табл. 1.3. Подсчет величин кинематических параметров (без учета бокового смещения оси коленчатого вала) произведен по формулам:
Перемещение поршня:
x = r ( 1 + (λ/2) sin2 α - cos α)

Скорости поршня:
Ω = ω r ( sin α + λ / 2 sin 2α)

Ускорения поршня:
j = ω2r ( cos α + λ cos 2α)

Средняя скорость поршня:
Ωср = Sn / 30

где λ = l / r;
r
- радиус кривошипа;
l - длина шатуна;
ω - угловая скорость коленчатого вала;
S - ход поршня;
n - число оборотов коленчатого вала в минуту;
α - угол поворота кривошипа.
Кинематические параметры подсчитаны для угловой скорости w коленчатого вала, соответствующей числу оборотов вала при максимальной мощности двигателя.
Таблица 1.3.
Расчетное число оборотов в минуту, n3600
Средняя угловая скорость коленчатого вала, 1/сек, ω377
Соотношение механизмаs / D1.219
λ = r / l0.247
Средняя скорость поршня в м/сек ωср12.0
Максимальная скорость ωmax в м/сек19.40
при угле поворота77°20'

Таблица 1.4.
Угол поворота вала в град02040608090100120140160180
Перемещения поршня X в мм03.7514.2529.6547.3056.2064.7079.6590.8597.75100
Скорость поршня ω в м/cек07.9514.4218.3419.3618.8517.7814.319.824.940
Ускорение поршня j в м/сек28861802357492672-412-1755-1755-4434-5138-5337-5351

Динамика двигателя характеризуется теми силами, которые действуют в кривошипно-шатунном механизме. Этими силами являются силы давления газов и инерционные силы, возникающие при движении деталей. Инерционные силы, кроме величин ускорений движущихся деталей, зависят также от их массы. Данные о весе движущихся деталей двигателя М-20, о их массах и основных весовых соотношениях приведены в таблице 1.5.
Таблица 1.5
Вес деталей в г Поршень450
Кольцокомпрессионное15
маслосъемное18
Палец110
Поршневой комплект Gп626
Шатунный комплект Gш870
Весовые соотношения в г/см2 Gп / Fп11.8
Gш / Fп16.4
( Gп + 1/3 Gш ) / Fп17.2
2/3 Gш / Fп10.9
Массы в кг сек2 / м
Поршневого комплекта mп0.0638
Шатунного комплекта mш0.0885
Поступательно движущихся частей m = mп + 1/3 mш 0.0932

В таблице 1.6 приведены величины суммарных сил инерции поступательно движущихся частей двигателя М-20. Подсчет величин сил инерции произведен по формуле

X = m j,
где m - приведенная масса возвратно движущихся частей - принята равной массе поршневого комплекта + треть массы шатуна(из табл. 1.5.)
j - ускорения возвратно движущихся частей (из табл. 1.4)
Таблица 1.6.
углы поворота вала, в град02040608090100120140160180
суммарные силы инерции X, в кг+826+750+535+249-38.4-164-268-413-479-496-500

При работе двигателя суммарная сила, приложенная к центру поршневого пальца, представляет собой алгебраическую сумму силы P давления газов и сил инерции X поступательно движущихся частей:

F = P ± X,

Сила, приложенная к поршневому пальцу при работе кривошипно-шатунного механизма, может быть разложена на силу, действующую вдоль шатуна Рш, и силу, нормальную к оси цилиндра N. Сила Рш, действующая по шатуну и перенесенная к центру кривошипа, может быть разложена на силу тангенциальную Т и радиальную Z. Тангенциальная сила Т, действуя на радиусе r кривошипа, обеспечивает вращение коленчатого вала двигателя и развитие на нем крутящего момента Mкр. При вращении коленчатого вала от неуравновешенных вращающихся частей кривошипа возникает центробежная сила S, приложенная к центру шатунной шейки. Радиальная сила Z и центробежная сила S воспринимаются подшипниками коленчатого вала и создают соответствующую нагрузку на подшипники вала. Сила N, нормальная к стенке цилиндра, действуя на плече А от центра поршневого пальца до центра коленчатого вала, создает обратный крутящий момент Мобр, численно равный крутящему моменту Мкр двигателя. Обратный крутящий момент воспринимается от корпуса двигателя рамой автомобиля через детали подвески двигателя. Значения всех указанных сил периодически изменяются по своей величине и направлению за один полный оборот коленчатого вала. Нагрузка на подшипники определяется значениями максимальных и средних удельных давлений на шатунные и коренные шейки вала.
Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм двигателя
Рис. 1.4. Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм двигателя

Наличие противовесов на валу двигателей, уравновешивающих центробежные силы инерции вращающихся частей двигателя, значительно разгружает коренные подшипники, снижая давление на них. При работе двигателя возникающие силы инерции X1 и Х2 первого и второго порядка возвратно движущихся частей, силы инерции S неуравновешенных вращающихся масс и обратный крутящий момент Мобр, воздействуя на детали и узлы двигателя и раму автомобиля, способствуют более быстрому расшатыванию сочленений и креплений и их разрушению.
Для устранения этих явлений используют способ уравновешивания свободных сил. В многоцилиндровых двигателях уравновешенность зависит от числа цилиндров, их расположения и от принятой формы расположения кривошипов вала. В двигателе М-20 силы инерции первого порядка и момент от этих сил полностью уравновешены. Силы инерции второго порядка неуравновешены и приводятся к равнодействующей

∑ Х2 = 4mrω2λ cos 2α

Вследствие наличия противовесов центробежные силы S в каждом цилиндре уравновешены. Момент от этих сил отсутствует и подшипники полностью разгружены от его действия.








Случайное фото:
Средняя цена «Победы» сегодня
354 000 руб.
(количество предложений: 11)
gaz20.spb.ru — победитель конкурса «Золотой сайт»