Расчет автомобиля

1. Основы технической термодинамики.
1.1. Приведите график теоретического цикла карбюраторного двигателя

Рисунок 1. График теоретического цикла карбюраторного двигателя
1.2. Опишите термодинамические процессы цикла
Цикл с подводом тепла при v = const начинается от состояния рабочего тела в pv и Ts-координатах (рисунок 1), характеризующего точкой 1, сжатием рабочего тела, которое происходит при движении поршня справа налево (сверху вниз) до точки 2 этот процесс происходит без теплообмена с внешней средой, то есть по адиабате. Затем осуществляется подвод теплоты при постоянном объеме – по изохоре 2-3, что приближенно соответствует условию подвода тепла при сгорании горючей смеси в реальных двигателях, использующих легкоиспаряющееся топливо.
От состояния, характеризуемое точкой 3, начинется процесс расширения рабочего тела при отсутствии теплообмена с окружающей средой, то есть по адиабате 3-4. Поршень при этом придет в первоначальное положение. Для того, чтобы рабочее тело пришло в первоначальное состояние, от него отводится теплота (процесс 4-1).
Процессами 0 - 1 (процесс всасывания) и 1 - 0 (процесс выхлопа) – пренебрегают, считая, что в цилиндре находится постоянное количество газа (механические процессы).

В рассматриваемом цикле степень предварительного расширения при сгорании топлива .
 
2.Основы теории двигателей внутреннего сгорания.
2.1. Принцип действия элементарного карбюратора.
Схема элементарного карбюратора показана на рисунке 2. Топливо из бака поступает по топливопроводу в поплавковую камеру 3 карбюратора. В поплавковой камере плавает пустотелый поплавок 2. На поплавок опирается запорная игла 1, пропускающая топливо в камеру при понижении уровня и прекращающая доступ топлива, когда уровень достиг необходимой высоты. Поплавковая камера через воздушное отверстие сообщается с атмосферой, в связи с чем в камере поддерживается атмосферное давление.
Из поплавковой камеры через калиброванное отверстие, называемое жиклером 4, топливо поступает в распылитель 5. Выходное отверстие распылителя размещено в горловине диффузора 7, на 5–6 мм выше уровня топлива в поплавковой камере.
Воздух поступает в карбюратор через воздухоочиститель. При прохождении через диффузор скорость воздушного потока возрастает, а давление в диффузоре падает.
Истечение топлива из распылителя происходит под действием разности давлений в поплавковой камере (атмосферное давление) и горловине диффузора (разрежение). Скорость потока воздуха, проходящего через горловину диффузора, значительно превышает скорость топлива, истекающего из распылителя. При истечении из распылителя топливо распыливается потоком воздуха, частично испаряется и, перемешиваясь в смесительной камере с воздухом, образует горючую смесь.
Дроссельная заслонка 6 служит для регулирования количества смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, и мощности, развиваемой двигателем.

2.2. Приведите схему элементарного карбюратора.


Рисунок 2. Схема элементарного карбюратора
1 - запорная игла; 2 – поплавок; 3 - поплавковая камера; 4 – жиклер; 5 – распылитель; 6 - дроссельная заслонка; 7 – диффузор.














3. Динамика КШМ.
3.1. Какие силы и моменты вызывают неуравновешенность КШМ двигателя?
Силы, действующие в двигателе внутреннего сгорания, можно разделить на движущие силы, силы инерции и силы сопротивления. Движущие силы — это силы давления газов в цилиндре. Силы инерции образуют возвратно-поступательно движущиеся и вращающиеся части двигателя. Силы сопротивления делят на силы сопротивления потребителя энергии двигателя и силы трения в KШM (поршня и поршневых колец о стенку цилиндра, в подшипниках и т. п.), на преодоление которых затрачивается дополнительная работа.
Главными силами считают силы давления газов, силы инерции в двигателе и силы сопротивления потребителя энергии, совершающие полезную работу. Все силы, действующие в двигателе, изменяются во времени.

Рисунок 3. Силовые схемы двигателей с жидкостным охлаждением: а — с несущим блоком цилиндров, б — с несущей рубашкой; в — с несущими силовыми шпильками
Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, показана на рисунке 4. Направление сил к центру кривошипа принято за положительное.


Рисунок 4. Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме
Сила давления газов на поршень со стороны камеры сгорания (ее определяют по индикаторной диаграмме)
Pг = ргFп
где рг — давление газов в цилиндре, МПа; Fп — площадь поршня, м2.
Сила давления газов со стороны картера (это давление обычно равно атмосферному р0)
Р0 = р0*Fп
Сила инерции возвратно - поступательно движущихся частей равна произведению массы этих частей на их ускорение в данный момент времени:
Pj = - mj = - mrω2 (cosφ + cos2φ)
где m = mпк + 0,275mш ;
mпк - масса поршня и других деталей, движущихся поступательно;
mш - масса верхней головки шатуна, обычно принимаемая равной 0,2...0,3 массы всего шатуна;
r - радиус кривошипа;
ω и φ - соответственно частота вращения и угол поворота коленчатого вала.
Суммарная сила, действующая на поршень,
P1 = Pг - P0 +Pj
Сила P1 , приложенная к оси поршневого пальца и направленная по оси цилиндра, может быть разложена на силу N, действующую перпендикулярно оси цилиндра, и силу Рt действующую по оси шатуна.
Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, что вызывает износ их поверхностей. Она изменяется по значению и направлению, поочередно прижимая поршень то к одной, то к другой стороне цилиндра.
Силу Рt перенесенную на ось шатунной шейки, можно разложить на касательную силу Т, действующую перпендикулярно кривошипу коленчатого вала, и радиальную силу Z, направленную по оси кривошипа:
Т=Р1 [sin(φ + β)/cos β]; Z=Р1 [sin(φ + β)/cos β],
где β - угол отклонения шатуна от оси цилиндра.
Вращающий момент на валу двигателя, необходимый для совершения полезной работы,
Mвр = Тr.
Работа касательных сил затрачивается на преодоление сил сопротивления и изменение частоты вращения коленчатого вала. В период рабочего хода совершается полезная работа и увеличивается частота вращения коленчатого вала. Избыточная энергия аккумулируется всеми вращающимися частями, главным образом маховиком и потребителем энергии, и возвращается в систему, когда ее не хватает при совершении других тактов двигателя. Чем больше момент инерции маховика и число цилиндров, тем равномернее вращается вал двигателя.
Сила N на плече L создает реактивный (опрокидывающий) момент, который стремится опрокинуть двигатель. Он равен вращающему моменту по значению,