Тепловой и динамический расчет двигателя
внутреннего сгорания
Задание №24 1 Тип двигателя и системы
питания - бензиновый, карбюраторная.
2 Тип системы охлаждения - жидкостная.
3 Мощность =100
[кВт]
4 Номинальная частота вращения n =3200
[ ]
5 Число и расположение цилиндров V -
8
6 Степень сжатия - e=7.5
7 Тип камеры сгорания - полуклиновая.
8 Коэффициент избытка воздуха - a=0.9
9 Прототип - ЗИЛ-130
=================================================
Решение:
1 Характеристика топлива.
Элементарный состав бензина в весовых
массовых долях: С=0.855 ; Н=0.145 Молекулярная масса и низшая теплота сгорания:
=115[кг/к
моль] ; Hu=44000[кДж/кг]
2 Выбор степени сжатия.
e=7.5 ОЧ=75-85
3 Выбор значения коэффициента избытка
воздуха.
a=0.85-0.95 a=0.9
4 Расчёт кол-ва воздуха необходимого
для сгорания 1 кг топлива
5 Количество свежей смеси
6 Состав и количество продуктов
сгорания
Возьмём к=0.47
7 Теоретический коэффициент
молекулярного изменения смеси
8 Условия на впуске
P0=0.1 [MПа] ; T0=298 [K]
9 Выбор параметров остаточных газов
Tr=900-1000 [K] ; Возьмём Tr=1000 [K] P r
=(1.05-1.25) P 0 [MПа] ; P r =1.2*P 0 =0.115
[Mпа]
10 Выбор температуры подогрева свежего
заряда
; Возьмём
11 Определение потерь напора во
впускной системе
Наше значение входит в этот интервал.
12 Определение коэффициента остаточных
газов
;
13 Определение температуры конца впуска
14 Определение коэффициента наполнения
; ;
15 Выбор показателя политропы сжатия
Возьмём
16 Определение параметров конца сжатия
; ;
17 Определение действительного
коэффициента молекулярного изменения
;
18 Потери теплоты вследствие неполноты
сгорания
;
19 Теплота сгорания смеси
;
20 Мольная теплоёмкость продуктов
сгорания при температуре конца сжатия
;
22 Мольная теплоёмкость при постоянном
объёме рабочей смеси в конце сжатия
23 Мольная теплоёмкость при постоянном
объёме рабочей смеси
, где
24 Температура конца видимого сгорания
; ; Возьмём
25 Характерные значения Т z
;
26 Максимальное давление сгорания и
степень повышения давления
;
27 Степень предварительного -p и
последующего -d расширения
;
28 Выбор показателя политропы
расширения n 2
; Возьмём
29 Определение параметров конца
расширения
;
30 Проверка правильности выбора
температуры остаточных газов Т r
31 Определение среднего индикаторного
давления
; Возьмём ;
32 Определение индикаторного К. П. Д.
; Наше
значение входит в интервал.
33 Определение удельного индикаторного
расхода топлива
34 Определение среднего давления
механических потерь
; ;
Возьмём
35 Определение среднего эффективного
давления
;
36 Определение механического К. П. Д.
37 Определение удельного эффективного
расхода топлива
;
38 Часовой расход топлива
39 Рабочий объём двигателя
40 Рабочий объём цилиндра
41 Определение диаметра цилиндра
; - коэф.
короткоходности k=0.7-1.0 ; Возьмём k =0.9
42 Ход поршня
43 Проверка средней скорости поршня
44 Определяются основные показатели
двигателя
45 Составляется таблица основных данных
двигателя
N e
iV h
N л
e
n
P e
g e
S
D
G T
Единицы измерения
кВт
Л
вВт/л
мин -1
МПа
г/кВт. ч
мм
мм
кг/ч
Проект
110.9
4.777
20.8
7.5
3200
0.785
330.2
88
98
33.02
Протатип
110.3
5.969
18.5
7.1
3200
0.7
335
95
100
Построение индикаторной диаграммы
Построение производится в координатах:
давление (Р) -- ход поршня (S) .
1 Рекомендуемые масштабы а) масштаб
давления: m p =0.025 (Мпа/мм) б) масштаб перемещения поршня: m s
=0.75 (мм*S/мм) 2 3 4 5 6 7 Строим
кривые линии политроп сжатия и расширения Расчёт
производится по девяти точкам.
Угол опережения зажигания: Продолжительность
задержки воспламенения (f-e) составляет по углу поворота коленвала: С учётом
повышения давления от начавшегося до ВМТ сгорания давление конца сжатия P c
l (точка с l) составляет: Максимальное
давление рабочего цикла P z достигает величины Это
давление достигается после прохождения поршнем ВМТ при повороте коленвала на
угол Моменты
открытия и закрытия клапанов определяются по диаграммам фаз газораспределения
двигателей-протатипов, имеющих то же число и расположение цилиндров и примерно
такую же среднюю скорость поршня, что и проектируемый двигатель.
В нашем случае прототипом является
двигатель ЗИЛ-130. Его характеристики: Определяем
положение точек:
Динамический расчёт
Выбор масштабов: Давления Угол
поворота коленвала Ход
поршня Диаграмма
удельных сил инерции P j возвратно-поступательных движущихся масс
КШМ
Диаграмма суммарной силы ,
действующей на поршень
; избыточное
давление газов
Диаграмма сил N, K, T
Аналитическое выражение сил: угол
поворота кривошипа угол
отклонения шатуна
Полярная диаграмма силы R шш ,
действующей на шатунную шейку коленвала.
Расстояние смещения полюса диаграммы Расстояние
от нового полюса П шш до любой точки диаграммы равно геометрической
сумме векторов K rш и S
Анализ уравновешенности двигателя
У 4 х тактного V-образного 8 ми
цилиндрового двигателя коленвал несимметричный. Такой двигатель
рассматривают как четыре 2 ух цилиндровых V-образных двигателя,
последовательно размещённых по оси коленвала.
Равнодействующая сил инерции I порядка
каждой пары цилиндров, будучи направлена по радиусу кривошипа, уравновешивается
противовесом, т.е. в двигателе с противовесами: Сила
инерции 2-го порядка пары цилиндров: Все эти
силы лежат в одной плоскости, равны по абсолютному значению, но попарно
отличаются лишь знаками. Их геометрическая сумма = 0.
Моменты от сил инерции II порядка,
возникающие от 1-й и 2-й пар цилиндров, равны по значению и противоположены по
знаку;точно так же от 2-й и 3-й пар цилиндров.
Диаграмма суммарного индикаторного
крутящего момента М кр
Величина суммарного крутящего момента от
всех цилиндров получается графическим сложением моментов от каждого цилиндра,
одновременно действующих на коленвал при данном значении угла j.
Последовательность построения М кр :
На нулевую вертикаль надо нанести результирующую суммирования ординат 0+3+6+9+12+15+18+21
точек, на первую 1+4+7+10+13+16+19+22 точек и т.д.
Потом сравнивается со значением момента
полученного теоретически.
Проверка правильности построения
диаграммы:
Схема пространственного коленчатого вала 8
цилиндрового V-образного двигателя
