Расчет процессов в двигателе ВАЗ-2103 (стр. 5 из 8)
(67)и в миллиметрах:
(68)где Pсх - искомое текущее давление в процессе сжатия.
Текущее отношение объемов Va/Vx=OB/OХ принимаем с шагом 10мм (восемь промежуточных точек) в пределах от 1 до e - значения степени сжатия.
Аналогично для политропы расширения:
(69)и
(70)Отношение ОВ/ОХ, изменяется в интервале 1…e. Шаг и значения отношений ОВ/ОХ, при текущем значении ОХ, при построении политропы расширения оставляем такими же, что и при построении политропы сжатия.
Для упрощения выполнения расчетных операций и построения, результаты расчетов сводим в таблицу2.
Значения промежуточных точек давления в МПа (Рсх, Рвх,) или в мм выносим на поле индикаторной диаграммы и соединяем плавной кривой а - с и кривой z - о. Принимаем, что процессы впуска и выпуска протекают при постоянном давлении, соответственно Ра и Pr. Линии политропы расширения Z-b, давления выпуска Рr и политропы сжатия соединяем плавными округляющими линиями.
Протекание индикаторной диаграммы реального двигателя будет несколько отличаться от расчетной. С учетом предварительного воспламенения смеси от электрической искры для карбюраторного двигателя (точка С'), происходит некоторое более раннее повышение давления, несовпадающее с давлением чистого процесса сжатия. В соответствии с этим давление при положении поршня в ВМТ будет несколько выше (точка С").
Процесс сгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой С” - ZД а не по С – Z.
Положение точек С' и С' приближенно находятся из равенств, соответственно:
Рс’ =0,83Рс=1,357 МПа-определяется на линии сжатия;(71)
Pc”=1,18Рс=1,93 МПа - определяется на линии ВМТ. (72)
Действительное давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя и положение точки Z, определяем из выражения
Pzg=0,85Pz = 5,483МПа(73)
Вместе с тем положение точки Zд смещаем по оси абсцисс от ВМТ на (10...15)о п.к.в., что составляет 1,5-2,0 мм (вправо). Положение точки b’ определяет угол предварительного открытия выпускного клапана до НМТ. Точку b" откладывают на половине расстояния между точками “а” и “е” на вертикальной линии с точки В.
Закроется выпускной клапан в точке а’ с некоторым запаздыванием после ВМТ. Впускной клапан отрывается до прихода поршня к ВМТ в точке r’, а закрывается после прохода поршнем НМТ, в точке а”.
Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов подбираются экспериментально, поэтому при расчете индикаторной диаграммы фазы газораспределения необходимо брать по прототипу.
r' — опережение открытия впускного клапана;
а' — запаздывание закрытия впускного клапана;
с' — угол опережения зажигания.
Соединяя плавными кривыми характерные точки r', r, а', а, а", с', с", Zд, b', b", через промежуточные расчетные точки политропы сжатия и политропы расширения получаем округленную индикаторную диаграмму.Рисунок 1.
3. Кинематика и динамика КШМ
3.1 0бщие положения и исходные параметры 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, выполняем для заданного номинального режима, с учетом полученных результатов теплового расчета и ранее принятых конструктивных параметров 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 в кривошипно-шатунном механизме.
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 давлений в характерных точках рабочего цикла после построения и развертки индикаторной диаграммы в координатах по углу поворота коленчатого вала.
Силы инерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма делят на силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс Pj и силы инерции вращающихся масс KR.
Силы инерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма определяем с учетом размеров цилиндра, конструктивных особенностей КШМ и масс его деталей.
Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяем эквивалентной системой сосредоточенных масс.
Все детали КШМ по характеру их движения делятся на три группы:
1) Детали, совершающие возвратно-поступательное движения. К ним относим массу поршня, массу поршневых колец, массу поршневого пальца и считаем сосредоточенной на оси поршневого пальца - mn.;
2) Детали, совершающие вращательное движение. Массу таких деталей заменяют общей массой, приведенной к радиусу кривошипа Rкp, и обозначаем mк. В нее входит масса шатунной шейки mшш и приведенная масса щек кривошипа mщ, сосредоточенная на оси шатунной шейки;
3) Детали, совершающие сложное плоскопараллельное движение (шатунная группа). Для упрощения расчетов ее заменяют системой 2-х статически замещающих разнесенных масс: массы шатунной группы, сосредоточенной на оси поршневого пальца - mшп и массы шатунной группы, отнесенной и сосредоточенной на оси шатунной шейки коленчатого вала - mшк.
Принимаем:
Конструктивная масса поршневой группы:
105,3 кг/м2;(86)Конструктивная масса шатуна:
145,8 кг/м2;(87)Конструктивная масса колена кривошипа:
150 кг/м2;(88) 
0,28;(89)где D - диаметр цилиндра в мм;
Lш - длина шатуна, Lш=R/l (мм).
Принятые значения заносим в таблицу исходных данных (см. таблицу 4).
3.2 Расчет кинематических параметров кривошипно-шатунного
механизма
Перемещение поршня за каждый шаг расчета от своего первоначального положения в ВМТ определим из выражения:
(90)Взяв производную по времени от выражения, определяющего перемещение поршня, определим скорость поршня:
(91)где w – скорость вращения коленчатого вала двигателя при номинальной частоте:
565,2 рад/с.(92)Ускорение перемещения массы поршневой группы, принятой нами с концентрацией на оси поршневого пальца, необходимое для определения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, определим из выражения производной по времени от скорости перемещения:
(93)где b - угол отклонения шатуна от оси цилиндра, определяем из соотношения:
(94)где к=а/Rкр - относительное смещение оси цилиндров от оси коленчатого вала.
Значения Sп, С, j, для разных углов п.к.в. заносим в таблицу 5.
3.3 Расчет динамических сил
Давление газовых сил DРг, действующих на поршень, с учетом противодавления в картере двигателя определяем из соотношения:
DPг=Рг-Р0; (95)
где Р0 - давление в картере, принимаем равным давлению окружающей среды;
Рг — давление рабочего тела в цилиндре двигателя; его значение принимаем из массива исходных данных по индикаторной диаграмме после ее построения и развертывания по углу поворота коленчатого вала.
Для того чтобы развернуть и получить исходную информацию о давлении газов на поршень внутри цилиндра, на миллиметровой бумаге формата Al в левом верхнем углу строим индикаторную диаграмму.
Отступив 10- 15мм вниз от оси абсцисс, где представлена индикаторная диаграмма, параллельно переносим отрезок хода поршня АВ, на горизонтальную ось полуокружности с диаметром равным рабочему ходу поршня Sп=2*Rкр. Точки А и В соответствуют положению поршня в ВМТ и НМТ на индикаторной диаграмме. Разделяем участок АВ пополам и строим полуокружность с центром в точке О.
Делим полуокружность на шесть равных частей через 30 градусов п. к. в. и соединяем полученные точки с центром точки О лучами 0-1, 0-2, 0-3, 0-4, 0-5, 0-6, 0-7.
В связи с тем, что шатун совершает сложное плоско-параллельное движение, текущее перемещение положения точки В (см. расчетную схему) на линии окружности радиуса кривошипа не всегда будет соответствовать прямолинейному перемещению поршня. Таким образом, при развертывании индикаторной диаграммы представленной в координатах Р-V, давление и объем занимаемый рабочим газом в цилиндре и теперь представляемые в координатах по углу поворота коленчатого вала не будет соответствовать действительному. Для исключения ошибки, при развертывании индикаторной диаграммы вводится поправка Брикса. Ее максимальное значение определяется из соотношения: