4.4. Неравномерность крутящего момента и хода двс

При определении суммарных сил, действующих в двигателе, было установлено, что крутящий момент представляет собой периодическую функцию угла поворота коленчатого вала. Неравномерность изменения суммарного крутящего момента обусловливается особенностями протекания рабочего процесса двигателя и кинематическими свойствами его кривошипно-шатунного механизма. Для оценки степени неравномерности индикаторного крутящего момента ДВС используют коэффициент неравномерности.

Коэффициент неравномерности крутящего момента ДВС:

(4.26)

Избыточная работа крутящего момента, Дж:

(4.27)

где F_abc - площадь над прямой среднего крутящего момента, полученная планиметрированием, мм²; М_м – масштаб момента, ; - масштаб угла поворота коленчатого вала, ( - отрезок на оси абсцисс, соответствующий длине кривой крутящего момента, мм; i – число цилиндров ДВС).

Коэффициент неравномерности хода автомобильных двигателей принимается  =0,01…0,02.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:

(4.28)

4.5. Расчет маховика

Момент инерции маховика со сцеплением для автомобильного ДВС составляет 80 %…90 % от момента инерции J_o двигателя, рассчитанный в пункте. 4.4.:

(4.29)

Подбор основных размеров маховика осуществляют по величине махового момента, руководствуясь соображениями конструктивного характера. Так, диаметр маховика выбирают с учетом габаритов двигателя, возможности размещения механизмов сцепления и т.д.

Маховый момент, кг·м²:

(4.30)

где m_м – масса маховика, кг; D_ср=(2…3)·S_п – средний диаметр маховика, м; S_п – ход поршня, м.

Отсюда, масса маховика равна:

(4.31)

По условиям прочности внешний диаметр маховика должен быть выбран с учетом обеспечения допустимых окружных скоростей. Окружная скорость на внешнем ободе маховика:

(4.32)

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Окружная скорость:

Для чугунных маховиков	м≤25…30 м/с
Для стальных маховиков	м≤40…45 м/с

Тогда, диаметр маховика равен:

(4.33)

5. РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВС

5.1. Расчет внешней скоростной

характеристики исправного ДВС

С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя - режима максимальной мощности, и использования эмпирических зависимостей.

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале:

а) для бензиновых двигателей от n_min = 600…1000 мин^-1 до n_max= (1,05…1,20)n_N;

б) для дизелей от n_min=300…800 мин^-1 до n_N, где n_N - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями качественного протекания рабочего процесса, термическим напряжением деталей, допустимой величиной инерционных усилий и т. д.; минимальная - определяется условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 500…1000 мин^-1:

для бензиновых двигателей

(5.1)

для дизелей с неразделенными камерами

(5.2)

для дизелей с предкамерой

(5.3)

для дизелей с вихревой камерой

(5.4)

В формулах (5.1)…(5.4) принято: N_e и n_N - номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин^-1) при номинальной мощности; N_ex и п_х - эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин^-1) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.

По рассчитанным точкам в масштабе M_N строят кривую эффективной мощности.

Точки кривой эффективного крутящего момента (Н^.м) определяют по формуле

(5.5)

Кривая крутящего момента, построенная в масштабе М_М, выражает также изменение среднего эффективного давления, но в масштабе М_р (МПа/мм):

(5.6)

Величину среднего эффективного давления р_ех (МПа) для рассчитываемых точек можно определить по кривой М_ех или из выражения

(5.7)

Точки кривой среднего индикаторного давления находят по формуле

(5.8)

где р_мх - среднее давление механических потерь (МПа) определяют в зависимости от типа и конструкции двигателя по уравнениям (2.52)…(2.59).

Кривая среднего индикаторного давления, построенная в масштабе М_р, выражает также изменение индикаторного

крутящего момента, но в масштабе М_М (Н • м/мм):

(5.9)

Расчетные точки индикаторного крутящего момента можно определить по кривой p_ix, или из выражения

(5.10)

Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт•ч), в искомой точке скоростной характеристики: для бензиновых двигателей

(5.11)

для дизелей с неразделенными камерами

(5.12)

где g_еN — удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, г/(кВт • ч).

Часовой расход топлива, кг/ч

(5.13)

Для определения коэффициента наполнения необходимо задаться законом изменения α по частоте вращения. Для бензиновых двигателей с достаточной степенью точности можно принять значения α постоянными на всех скоростных режимах, кроме минимального. При n_x=п_min следует принимать смесь несколько более обогащенную, чем при n_x=n_N, т.е. при

В дизелях при работе по скоростной характеристике с увеличением частоты вращения значение α несколько увеличивается. Для четырехтактного дизеля с непосредственным впрыском можно принять линейное изменение α, причем

При выбранном законе изменения α_х коэффициент наполнения

(5.14)

По скоростной характеристике определяют коэффициент приспособляемости К, представляющий собой отношение максимального крутящего момента к крутящему моменту , при номинальной мощности:

(5.15)

Этот коэффициент служит для оценки приспособляемости двигателя к изменению внешней нагрузки и характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки. Для бензиновых ДВС К=1,20…1,35; у дизелей кривая крутящего момента протекает более полого и значения коэффициента приспособляемости К=1,05…1,20.

Полученная ВСХ исправного ДВС рисуется на 3-м листе (см. Приложение, рис. III, сплошными кривыми) или крупным планом на рис. 4,6…4,7.