Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания
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.
Политропа сжатия
Политропа расширения
точек
1
18
7.5
14.58
47.83
1.19
13.18
203.57
5.09
2
20.5
6.6
12.3
40.35
1.0
11.19
172.84
4.32
3
23.5
5.775
10.3
33.78
0.84
9.43
145.69
3.64
4
32.8
4.125
6.58
21.59
0.54
6.13
94.71
2.36
5
41
3.3
4.89
16.05
0.40
4.61
71.18
1.78
6
54.6
2.475
3.3
10.94
0.27
3.19
49.25
1.23
7
82
1.65
1.95
6.38
0.16
1.89
29.31
0.73
8
108.7
1.245
1.3
4.38
0.11
1.32
20.44
0.51
9
135.3
1
1
3.28
0.08
1.0
15.44
0.38 8 Построение диаграммы, соответствующей реальному (действительному) циклу.
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
