Двигатель внутреннего сгорания
Введение
Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршней, воспринимающих силу давления газов, во вращательное движение коленчатого вала. Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на две группы: подвижные и неподвижные,
К первым относятся поршень с кольцами и поршневым пальцем, шатун, коленчатый вал и маховик, ко вторым - блок цилиндров, головка блока, прокладка головки блока и поддон (картер), В обе группы входят также и крепежные детали.
ПРИВОД АВТОМОБИЛЯ
Простейшая принципиальная схема привода автомобиля (рис. 1) включает в себя карбюраторный или дизельный многоцилиндровый четырехтактный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом тронкового типа 1, маховик 2, фрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главную передачу 5 заднего моста автомобиля, дифференциал 6 и полуось 7.
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступального движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
В головке блока размещены впускные и выпускные клапаны.
Маховик 2 во время рабочего хода поршня накапливает запас энергии, за счет которой осуществляется нерабочий ход и повышается равномерность вращения коленчатого вала.
Фрикционная муфта сцепления 3 обеспечивает присоединение или отсоединение трансмиссии (коробки перемены передач) и двигателя внутреннего сгорания.
Коробка перемены передач 4 (КПП) – двухступенчатая и двухскоростная.
Главная передача 5 – коническая, соединена шестернями дифференциала с полуосями заднего моста.
Рис. 1. Привод автомобиля
1 – двигатель внутреннего сгорания; 2 - маховик; 3 – муфта сцепления; 4 – коробка перемены передач; 5 – главная передача; 6 – дифференциал; 7 – полуось; 8 – ступица колеса; 9 – карданный вал.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, у которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу непосредственно в самом двигателе.
Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой – в энергию движения поршня (механическую) происходит практически одновременного, непосредственно в цилиндре двигателя.
В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой.
Под влиянием давления поршень совершает поступательное движение, которое с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращение коленчатого вала.
Четырехтактными называются двигатели, у которых один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала. Схема работы четырехтактного двигателя без наддува представлена на рис. 2.
Первый такт – впуск или всасывание горючей смеси – соответствует движению поршня вниз от В.М.Т. до Н.М.Т. За счет движения поршня создается разрежение (около 0,05 – 0,1 н/см2) и горючая смесь через открытый клапан «а» засасывается в цилиндр. Для достижения максимального наполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше положения поршня в В.М.Т. (точка 1) с определенным углом опережения и закрывается с некоторым углом запаздывания после Н.М.Т. (точка 2).
Второй такт – сжатие – соответствует движению поршня вверх от момента закрытия впускного клапана до момента прихода поршня в В.М.Т. Во время такта сжатия все клапаны находятся в закрытом положении.
Поршень сжимает находящуюся в цилиндре горючую смесь, в точке 3 подается искра в свече для воспламенения горючей смеси.
Третий такт – горение и расширение (рабочий ход) – соответствует движению поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. под давлением сгорающего топлива и расширяющихся продуктов сгорания (от точки 4 до точки 5).
Четвертый такт – выпуск отработавших газов – осуществляется при ходе поршня вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. Этот ход поршня происходит при открытом выпускном клапане «б». Для улучшения процесса выпуска клапан открывается несколько раньше Н.М.Т. (точка 5) и закрывается с некоторым запаздыванием (точка 6).
В дизель, в отличие от карбюраторного двигателя, при движении поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. засасывается через впускной клапан атмосферный воздух, на такте сжатия повышается давление и температуры, при впрыске через форсунку топливо самовоспламеняется и сгорает, газы, расширяясь, давят на поршень, совершая рабочий ход, при движении поршня из Н.М.Т. к В.М.Т. через открытый выпускной клапан отработанные газы выталкиваются в атмосферу.
При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранее последовательности.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя изображается диаграммами в виде замкнутой (рис. 3) и развернутой (рис. 4).
Исходные данные для кинематического и динамического (силового) анализа кривошипно-шатунного механизма представлена в таблице 1.
ОБОЗНАЧЕНИЯ
К – карбюраторный двигатель
Д - дизель
В.М.Т. – верхняя мертвая точка
Н.М.Т. – нижняя мертвая точка
Пведом – ведомый вал
Пд – частота вращения двигателя (ведущего вала), об/мин;
Пп – частота вращения промежуточного вала КПП, об/мин;
Пкпп – частота вращения выходного вала КПП, об/мин;
Пв – частота вращения ведомого вала главной передачи, об/мин;
R – радиус кривошипа, мм;
λ - постоянная кривошипно-шатунного механизма;
λ = R / L = 0,25, где L – длина шатуна, мм;
P1, P2, P3, P4 – давление газов в цилиндре двигателя, МПа; (рис. 3)
Z1…Z6 – число зубьев шестерен и колес в коробке перемен передач и в главной передаче;
Pш – сила, направленная по оси шатуна, Н (рис. 5);
Pг – сила давления газов на поршень, Н;
Pн – сила, направленная перпендикулярно оси цилиндра, Н;
Pр – радиальная сила, действующая по радиусу кривошипа, Н;
Pт – тангенциальная сила, действующая по касательной к окружности
4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ (Λ = 0,25)
Таблица 1
| Пд, об/мин | ||||||||||
| Двигатель | К | К | Д | Д | Д | Д | Д | К | К | К |
| R, мм | ||||||||||
| Д, мм | ||||||||||
| Р1, мПа | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 1,0 |
| Р2, мПа | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 5,0 | 4,0 | 3,0 | 2,0 | 2,5 |
| Р3, мПа | 3,0 | 4,5 | 6,0 | 7,5 | 9,0 | 7,5 | 6,0 | 4,5 | 3,0 | 3,5 |
| Р4, мПа | 4,0 | 5,0 | 8,0 | 10,0 | 12,0 | 10,0 | 8,0 | 5,0 | 4,0 | 4,5 |
| Z1 | ||||||||||
| Z2 | ||||||||||
| Z3 | ||||||||||
| Z4 | ||||||||||
| Z5 | ||||||||||
| Z6 |
СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части в виде принципиальной схемы привода автомобиля (рис. 1), схемы работы четырехтактного двигателя (рис. 2), замкнутой и развернутой индикаторной диаграммы (рис. 3, рис. 4), схемы кривошипно-шатунного механизма и действия сил давления газов на поршень (рис. 5), графика зависимости пусти «S», скорости «n» и ускорения «а» поршня от угла «a» поворота коленчатого вала (рис. 6), графика зависимости усилий Рш, Рн, Рр, Рт и крутящего момента Мкр на валу двигателя от угла «a» поврота коленчатого вала.
По исходным данным вначале построить индикаторные диаграммы ( рис. 3, рис. 4).
Расчетно-пояснительная записка включается титульный лист, исходные данные на выполнение курсовой работы и следующие разделы:
1.Привод автомобиля.
2.Двигатель внутреннего сгорания.
3.Обозначения.
4.Исходные данные (Таблица 1).
5.Содержание курсовой работы.
6.Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма.
7.Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.
8.Силовой расчет трансмиссии автомобиля.
9.Прочностный расчет поршня и поршневого пальца двигателя.