توالی صحیح فرآیندها در چرخه یک موتور احتراق داخلی. چرخه موتورهای احتراق داخلی محاسبه و ساخت مشخصات خارجی موتورهای احتراق داخلی

خودروها از موتورهای احتراق داخلی (ICE) استفاده می کنند که به این دلیل نامگذاری شده است که احتراق سوخت مستقیماً در سیلندر اتفاق می افتد. قطعات اصلی موتور احتراق داخلی، علاوه بر سیلندر، پیستون، شاتون و میل لنگ است. یک میله اتصال به صورت متحرک به میل لنگ متصل می شود. پیستون با استفاده از یک پین به صورت لولایی به سر بالایی شاتون متصل می شود. قسمت بالای سیلندر توسط کلاهکی به نام سرسیلندر بسته می شود. سر دارای یک فرورفتگی به نام محفظه احتراق است. سر دارای دهانه های ورودی و خروجی نیز می باشد که توسط سوپاپ ها بسته می شوند. یک چرخ طیار به میل لنگ متصل است - یک دیسک گرد عظیم.

هنگامی که میل لنگ می چرخد، پیستون در داخل سیلندر حرکت می کند. بالاترین موقعیت پیستون را نقطه مرگ بالا (T.D.C.) و پایین ترین موقعیت را نقطه مرگ پایین (B.D.C.) می نامند. فاصله ای که پیستون بین نقاط مرده طی می کند، ضربه پیستون نامیده می شود. فضای بالای پیستون زمانی که در سطح زمین قرار دارد، جابجایی سیلندر نامیده می شود. هنگامی که پیستون در TDC است، فضایی در بالای آن باقی می ماند که به آن حجم محفظه احتراق می گویند. مجموع حجم کار و حجم محفظه احتراق را حجم کل سیلندر می گویند. در داده های فنی، حجم بر حسب لیتر یا سانتی متر مکعب نشان داده شده است. حجم یک موتور چند سیلندر برابر است با مجموع حجم کل سیلندرهای آن. نسبت حجم کل سیلندر به حجم محفظه احتراق را نسبت تراکم موتور می گویند. این نشان می دهد که چند بار مخلوط کاری در سیلندر فشرده شده است.

یک حرکت پیستون از یک نقطه مرده به نقطه دیگر، ضربه نامیده می شود. در همان زمان، میل لنگ نیم چرخ می کند. موتور احتراق داخلی چگونه کار می کند؟ در طول اولین ضربه، مخلوط قابل احتراق به سیلندر وارد می شود. دریچه ورودی باز است، دریچه خروجی بسته است. پیستون که از بالا به پایین حرکت می کند مانند یک پمپ در سیلندر خلاء ایجاد می کند و سوخت مخلوط با هوا آن را پر می کند.

در طول ضربه دوم، زمانی که پیستون از سطح زمین حرکت می کند. به VMT، مخلوط قابل احتراق فشرده می شود. در این حالت هر دو سوپاپ خروجی و ورودی بسته می شوند. در نتیجه فشار و دما در سیلندر افزایش می یابد. در پایان کورس تراکم، با نزدیک شدن پیستون به TDC، مخلوط قابل احتراق توسط جرقه ای از شمع (در موتورهای احتراق داخلی بنزینی) مشتعل می شود یا از تراکم (در موتورهای احتراق داخلی دیزلی) خود مشتعل می شود.

در سکته سوم، مخلوط کار سوزانده می شود. دریچه ها بسته می مانند. مخلوط کاری مشتعل شده به شدت دما و فشار سیلندر را افزایش می دهد که باعث می شود پیستون با نیرو به سمت پایین حرکت کند. پیستون نیرو را از طریق شاتون به میل لنگ منتقل می کند و در آن گشتاور ایجاد می کند. بنابراین انرژی حاصل از احتراق سوخت به انرژی مکانیکی تبدیل می شود که خودرو را به حرکت در می آورد. از این رو به این ضربه پاور استروک می گویند. چرخ لنگر نصب شده بر روی میل لنگ، انرژی را ذخیره می کند و از چرخش میل لنگ به دلیل نیروهای اینرسی در طول ضربات مقدماتی اطمینان می دهد.

در سکته چهارم، گازهای خروجی از اگزوز آزاد می شود و سیلندر تمیز می شود. پیستون در حال حرکت از زمین Mt. به VMT، محصولات احتراق را از طریق دریچه اگزوز باز هل می دهد.

سپس کل فرآیند تکرار می شود. بنابراین، چرخه عملکرد موتور احتراق داخلی توصیف شده در چهار چرخه رخ می دهد. به همین دلیل به آن چهار زمانه می گویند. در این مدت میل لنگ دو چرخش می کند. موتورهای دو زمانه نیز وجود دارند که چرخه کار در آنها دو زمانه اتفاق می افتد. با این حال، چنین موتورهای احتراق داخلی در حال حاضر عملاً در خودروها استفاده نمی شوند.

برای اطمینان از عملکرد روان یک موتور چند سیلندر و کاهش بارهای ناهموار روی میل لنگ، ضربات قدرت در سیلندرهای مختلف باید در یک توالی خاص رخ دهد. به این ترتیب، ترتیب کارکرد موتور می گویند. با محل قرارگیری ژورنال های میل لنگ و بادامک های میل بادامک تعیین می شود. به عنوان مثال، در موتورهای VAZ ترتیب عملکرد 1-3-4-2 است. از آنجایی که در یک موتور چهار زمانه یک سیکل کامل در هر سیلندر در دو دور میل لنگ کامل می شود، بنابراین در یک موتور چهار سیلندر برای عملکرد یکنواخت آن باید به ازای هر نیم دور یک حرکت قدرتی در یکی از سیلندرها اتفاق بیفتد. از میل لنگ

قطعات در نظر گرفته شده با هم مکانیسم میل لنگ را تشکیل می دهند. علاوه بر این، برای اطمینان از عملکرد موتور احتراق داخلی، یک مکانیسم توزیع گاز، یک سیستم خنک کننده، یک سیستم روغن کاری، یک سیستم قدرت و یک سیستم جرقه زنی (در موتورهای بنزینی) مورد نیاز است.

مکانیسم توزیع گاز، کنترل عملکرد شیرها، باز و بسته شدن به موقع آنها را تضمین می کند. سیستم خنک کننده گرما را از قطعات موتور که در حین کار گرم می شوند حذف می کند. سیستم روانکاری روغن را به سطوح مالش می دهد. سیستم منبع تغذیه برای آماده سازی مخلوط کاری و تامین آن به سیلندرها عمل می کند. سیستم جرقه زنی ولتاژ کم ولتاژ باتری را به ولتاژ بالا تبدیل می کند و آن را به شمع ها می رساند تا مخلوط کار مشتعل شود.

1. شرح فرآیندهایی که در یک چرخه موتور احتراق داخلی رخ می دهد

2. محاسبه پارامترهای یک سیکل و ساخت نمودار نشانگر موتور احتراق داخلی

3. محاسبه و ساخت مشخصات خارجی موتور احتراق داخلی

4. ساختن نمودار زمان بندی سوپاپ

5. طراحی مکانیزم میل لنگ

6. تعیین پارامترهای اصلی موتور احتراق داخلی

7. تعادل حرارتی موتور

بیایید چرخه عملکرد واقعی یک موتور دیزل چهار زمانه را به عنوان فرآیندهایی که در آن اتفاق می افتد در نظر بگیریم.

اولین ضربه، جذب مخلوط قابل احتراق است.

در طول سکته مصرفی (شکل 1 , الف) هنگامی که پیستون 1 از T.M.T حرکت می کند. به B.M.T.، و دریچه ورودی 3 باز است، هوای اتمسفر وارد سیلندر 2 می شود که با گرم شدن در طی فرآیند تراکم، سوخت تزریق شده در انتهای ضربه فشرده سازی مشتعل می شود. مقاومت هیدرولیکی خط لوله ورودی فشار هوا را در انتهای کورس ورودی به 0.08 مگاپاسکال افزایش می دهد. دمای هوا در سیلندر 50 تا 80 درجه سانتیگراد است.

ضربه دوم فشرده سازی مخلوط است.

در طول ضربه فشرده سازی (شکل 1، b)، هنگامی که دریچه های ورودی 3 و خروجی 5 بسته می شوند، دما و فشار هوا در سیلندر به طور قابل توجهی افزایش می یابد. با توجه به درجه فشرده سازی بالا (e=7.8)، فشار و دمای هوا به ترتیب به 3.419 مگاپاسکال و 600 درجه سانتی گراد می رسد. در پایان سکته مغزی، سوخت از طریق انژکتور 4 به سیلندر تزریق می شود (شکل 1، ج). بسته به شکل محفظه احتراق و نوع نازل، فشار تزریق بین 8 تا 40 مگاپاسکال است.

سومین ضربه انبساط یا سکته کاری است.

سوخت اتمیزه تزریق شده، مخلوط با هوای فشرده، خود به خود مشتعل شده و می سوزد. در این حالت دمای گازها در پایان احتراق به 1600 درجه سانتیگراد و فشار به 7.864 مگاپاسکال افزایش می یابد. در پایان سکته ی انبساط، دما به 700...1000 0 درجه سانتیگراد و فشار به 0.677 مگاپاسکال کاهش می یابد. تحت فشار گازهای حاصل از احتراق مخلوط هوا و سوخت، پیستون از T.M.T حرکت می کند. به N.M.T.، انجام کارهای مکانیکی (شکل 1، ج).

سکته چهارم انتشار گازهای خروجی اگزوز است.

محصولات احتراق از سیلندر به اتمسفر خارج می شوند (شکل 1، د). دمای خروجی 600...700 درجه سانتی گراد و فشار گاز 0.125 مگاپاسکال است.

2. محاسبه پارامترهای یک چرخه و ساخت نمودار نشانگر موتورهای احتراق داخلی

حجم محفظه احتراق:

V c = 1 (در واحدهای دلخواه). (1)

حجم کامل:

V a = e × V c، (2)

جایی که e نسبت تراکم است.

V a = 8×1 = 8.

شاخص فشرده سازی چند تروپیک:

n 1 = 1.41 - 100/n e , (3)

جایی که n e – سرعت چرخش میل لنگ نامی، دور در دقیقه.

n 1 = 1.41 - 100/4500 = 1.39

فشار در پایان ضربه فشرده سازی، MPa:

p c = p a × e n 1، (4)

جایی که p a – فشار ورودی، MPa.

p c = 0.09×8 1.39 = 1.62 مگاپاسکال

نقاط میانی پلی تروپ فشرده سازی (جدول 1):

p x = (V a / V x) n 1 × p a، (5)

p x = (8 / 1) 1.39 × 0.09 = 1.62 مگاپاسکال

جدول 1. مقادیر پلی تروپ فشرده سازی

در p x = (8 / 1) 1.19 × 0.52 = 6.16 مگاپاسکال

جدول 2. مقادیر پلی تروپ انبساط

میانگین فشار اندیکاتور نظری، MPa:

، (10) مگاپاسکال.

فشار متوسط ​​تلفات مکانیکی، MPa:

، (11) - سرعت متوسط ​​پیستون در سیکل. قبل =.

فشار واقعی نشانگر، MPa، با در نظر گرفتن ضریب گرد کردن نمودار n=0.95:

، (12) - فشار گازهای خروجی، مگاپاسکال.

MPa

, (13) متوسط ​​فشار چرخه موثر:

MPa

ما از داده های به دست آمده از محاسبات برای ساختن نمودار شاخص استفاده می کنیم (شکل 2).

3. محاسبه و ساخت مشخصات خارجی موتور احتراق داخلی

, (14)

توان Pe, kW:

n ei - مقادیر فعلی (پذیرفته شده) سرعت چرخش میل لنگ؛

n p – سرعت چرخش نامی.

, (15)

گشتاور، N∙m:

(16)

مصرف ویژه، گرم بر کیلووات ساعت:

(17)

جریان جرمی، کیلوگرم∙ ساعت:

مقادیر به دست آمده با محاسبه در جدول 3 خلاصه شده است.

جدول 3. وابستگی توان P e، گشتاور T e، دبی ویژه g e و جریان جرمی G e به سرعت میل لنگ n e.	پارامتر
نسبت n ei / n p
n e (دور در دقیقه)

g e، g/kWh

وابستگی گرافیکی توان Pe، گشتاور Te، دبی ویژه g e و سرعت جریان جرمی G e به سرعت میل لنگ n e در شکل 4 نشان داده شده است.

4. ساختن نمودار زمان بندی سوپاپ

شعاع میل لنگ، m:

r = 0.083/2 = 0.0415 m

, (19)

4.2 بخش OO 1 (نگاه کنید به نمودار زمان بندی سوپاپ، شکل 3):

جایی که r شعاع میل لنگ در مقیاس نمودار نشانگر است (r=55 میلی متر)

, (20)

g - ضریب؛

l w - طول میله اتصال، متر؛

r - شعاع میل لنگ (r = 0.0415 متر). قبول داریم:

l w = 4r; (21)

میلی متر، (22)

زاویه تزریق:

از داده های بدست آمده از محاسبات برای ساختن نمودار زمان بندی سوپاپ (شکل 3) و ارتباط آن با نمودار نشانگر (شکل 2) استفاده می کنیم.

5. طراحی مکانیزم میل لنگ

, (23)

جابجایی سیلندر، l:

جایی که t حرکت موتور است (t = 4)؛

P e - قدرت موتور مشخص شده، کیلو وات؛

i - تعداد مشخص شده سیلندر،

, (24)

5.2 حجم کار، m 3:

, (25)

که در آن D قطر پیستون است، m:

S - کورس پیستون ناشناخته، m.

با دانستن نسبت S/D=0.9، تعیین می کنیم:

متر

قبول می کنیم

92 میلی متر. سپس میلی متر.

, (26) 5.3 میانگین سرعت پیستون، متر بر ثانیه:< 13 м/с = ] – максимальная допускаемая скорость поршня.

ام‌اس

جدول 4. پارامترهای موتورهای احتراق داخلی بنزینی	پارامتر موتور احتراق داخلی بنزین
مقدار پارامتر
د	L= (0.8…1.1) د
	L = 1. 92 = 92 میلی متر
h = 0.7.	92 = 64 میلی متر
l w = (3.5…4.5) r	l w = 4×41.5 = 166 میلی متر
H = (1.25…1.65) d	H = 1.3×92 = 120 میلی متر
d k = (0.72…0.9) d	d k = 0.8 × 92 = 74 میلی متر
d w = (0.63…0.7) d	d w = 0.65×92 = 60 میلی متر
l k = (0.54…0.7) d k	l k = 0.6×74 = 44 میلی متر

l shat = (0.73…1.05) d w

l شات = 1×60 = 60 میلی متر

با توجه به قطر پیستون شناخته شده، ابعاد اصلی باقی مانده آن از روابط تجربی تعیین می شود. نتایج محاسبات در جدول 4 نشان داده شده است.

نامگذاری های پذیرفته شده در جدول 4:

d - قطر پیستون؛

l p - طول انگشت؛

l 2 - فاصله بین انتهای داخلی باس ها.

د - ضخامت کف پیستون؛

d d - قطر بیرونی انتهای داخلی باس ها.

ج 1 - فاصله از کف پیستون تا اولین شیار برای رینگ پیستون.

e 1 - ضخامت دیواره سر پیستون.

h - فاصله از کف پیستون تا مرکز سوراخ پین؛

b к - عمق شیار برای رینگ پیستون؛

L - فاصله از انتهای دامن پیستون تا شیار حلقه سر پیستون؛

H - ارتفاع پیستون؛

d yu - حداقل ضخامت راهنمای پیستون؛

d w - قطر مجله شاتون.

d к - قطر مجله میل لنگ.

l میل لنگ - طول دفترچه شاتون.

l к – طول ژورنال میل لنگ.

برای طراحی مکانیزم میل لنگ از پارامترهای بدست آمده از محاسبات استفاده می کنیم (شکل 5).

6. تعیین پارامترهای اصلی موتور احتراق داخلی

گشتاور، N∙m:

(27)

توان لیتر، کیلووات بر لیتر:

(28)

قدرت پیستون خاص، kW/dm 2:

(29)

راندمان مکانیکی:

(30)

کارایی شاخص:

، (31) - ضریب هوای اضافی (= 0.9) = 14.96 (برای موتورهای بنزینی) - ارزش گرمایشی سوخت کمتر، کیلو کالری بر کیلوگرم. = 44 - چگالی مخلوط سوخت و هوا، کیلوگرم بر متر مکعب. = 1.22 = 0.7

کارایی موثر:

(32)

مصرف ویژه، گرم بر کیلووات ساعت:

(33)

جریان جرمی، g∙h:

(34)

حرکت پیستون

وابستگی حرکت پیستون به زاویه چرخش میل لنگ با فرمول تعیین می شود:

(35)

ما یک نمودار از حرکت پیستون از وضعیت می سازیم

سرعت پیستون

(36)

ما نمودار سرعت پیستون را از روی شرایط می سازیم

= 0.25، زاویه چرخش میل لنگ 0-360 0 با افزایش 30 0.

شتاب پیستون

وابستگی سرعت پیستون به زاویه چرخش میل لنگ با فرمول تعیین می شود:

(37)

ما نموداری از شتاب پیستون از شرایط می سازیم

= 0.25، زاویه چرخش میل لنگ 0-360 0 با افزایش 30 0.

نیروهای وارده در موتور

نیروی اینرسی

نیروی اینرسی با فرمول تعیین می شود:

، (38) - سرعت زاویه ای پیستون که با فرمول تعیین می شود: ، (39) - سرعت موتور نامی. =4500 دور در دقیقه .
- کاهش جرم پیستون که با فرمول تعیین می شود:

، (40) - جرم پیستون، با فرمول تعیین می شود:

(41) - جرم شاتون، متمرکز بر محور پین پیستون: , (42) - جرم شاتون که با فرمول تعیین می شود: (43)

در نتیجه با استفاده از فرمول (40) جرم کاهش یافته پیستون را تعیین می کنیم:

مقادیر نیروی اینرسی بسته به زاویه چرخش میل لنگ در جدول 5 وارد شده است.

نیروی فشار گاز نیروی فشار گاز با فرمول تعیین می شود:، (44) - مقادیر فشار در یک زاویه چرخش معین.

-

(45)

فشار اتمسفر

کل نیرو

کل نیرو با فرمول تعیین می شود:

(46)

مقادیر کل نیرو بسته به زاویه چرخش میل لنگ در جدول 5 وارد شده است.

جدول 5. وابستگی نیروی فشار گاز، نیروی اینرسی و نیروی کل به زاویه چرخش میل لنگ

	فشار، MPa	نیروی فشار گاز، N	شتاب، m/s 2	نیروی اینرسی، N	نیروی کل، N

نیرویی که در امتداد شعاع میل لنگ هدایت می شود

نیروی هدایت شده در امتداد شعاع میل لنگ با فرمول تعیین می شود:

(47)

ما نموداری از تغییرات نیروی K از شرط می سازیم

نیروی مماسی

نیروی مماسی با فرمول تعیین می شود:

(48)

تغییر نیروی مماسی را از شرط رسم می کنیم

=0.25، زاویه چرخش میل لنگ 0-720 0 با افزایش 30 0.