2. Расчет и построение диаграмм динамики

Динамика изучает силы и моменты, действующие в деталях двигателя. Определение этих сил необходимо для последующего расчета деталей ДВС на прочность. Основными силами, определяющими напряженно деформированное состояние деталей ДВС являются: силы давления газов, силы инерции от поступательно движущихся и вращающихся масс.

2.1 Определение сил давления газов

На поршень двигателя действует сила давления газов, а на подпоршневую полость – давление в картере двигателя, поэтому в расчетах используется избыточное давление.

,

где – давление газов на днище поршня

– давление в картере двигателя, .

Давление выражено в единицах давления, т.е. отнесены к площади поршня.

Таким образом, в последующих расчетах используются не абсолютные, а относительные значения давления.

где – площадь поршня

Давление газа в цилиндре является сложной функцией объема.

В расчетах используется

где φ – угол поворота коленчатого вала.

Процесс построения диаграмм производится для каждого процесса отдельно.

Процесс наполнения

В последующем принимается, что давление на такте наполнения постоянно и равно давлению в конце наполнения.

.

Давление P_a оценивается на основании опытных данных

– бензиновые двигатели.

Принимаем что в интервале изменения угла φ от 0° до 180° давление на такте наполнения постоянно и равно

.

Процесс сжатия

Давление на линии сжатия изменяется – текущая величина давления оценивается по формуле для политропного процесса

.

Для начала и окончания процесса сжатия:

Для установления взаимосвязи текущего давления с углом поворота коленчатого вала, выразим объемы через линейные размеры цилиндра, так как в расчетах используется отношение объемов, отношение линейных размеров

где S_φ – текущее перемещение поршня;

S – полный ход поршня.

Предполагается, что процесс сжатия начинается в точке а, т.е. при угле поворота φ=180° и заканчивается при φ =350°, т.е. за 10° до ВМТ.

Процесс сгорания

Для оценки изменения давления в цилиндре в процессе сгорания необходимо руководствоваться следующим:

Бензиновый двигатель

Давление при φ=350° известно, при φ =360° принять

Давление при φ =370° принять

Процесс расширения

Используется формула для политропного расширения

Таким образом, окончательная формула для определения текущего давления в процессе расширения принимает вид

где S_φ – текущее перемещение поршня от точки z до точки b индикаторной диаграммы.

Процесс впуска

Считается, что давление в надпоршневой полости в процессе принудительного выпуска остается постоянным и равным

Для расчета текущих давлений в текущем цилиндре, использовались стандартные функции модуля Excel.

Алгоритм расчета:

1. Задаемся значениями угла φ=0°÷120°, Δφ=10°;

2. Значение угла в радианах, , рад;

3. Перемещение поршня

4. Текущее давление в поршне P_г:

   1. Для диапазона φ=0°÷180°

2. Для диапазона φ=190°÷350°

3. Для значения φ=360°

4. Для значения φ=370°

– для бензиновых ДВС.