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
№
|
j
|
P r
|

|
P j
|
P S
|
tgb
|
N
|

|
K
|

|
T
|
0
|
0
|
1
|
1.260
|
-40
|
-39
|
0
|
0
|
1
|
-39
|
0
|
0
|
1
|
30
|
-1
|
0.996
|
-31.6
|
-32.6
|
0.131
|
-4.3
|
0.801
|
-26.1
|
0.613
|
-20
|
2
|
60
|
-1
|
0.370
|
-11.8
|
-12.8
|
0.230
|
-3
|
0.301
|
-3.8
|
0.981
|
-12.5
|
3
|
90
|
-1
|
-0.260
|
8.2
|
7.2
|
0.267
|
1.9
|
-0.267
|
-1.9
|
1
|
7.2
|
4
|
120
|
-1
|
-0.630
|
20
|
19
|
0.230
|
4.4
|
-0.699
|
-13.3
|
0.751
|
14.2
|
5
|
150
|
-1
|
-0.736
|
23.3
|
22.3
|
0.131
|
3
|
-0.931
|
-20.7
|
0.387
|
8.6
|
6
|
180
|
-1
|
-0.740
|
23.5
|
22.5
|
0
|
0
|
-1
|
-22.5
|
0
|
0
|
7
|
210
|
0
|
-0.736
|
23.3
|
23.3
|
-0.131
|
-3
|
-0.931
|
-21.7
|
-0.387
|
-9
|
8
|
240
|
1
|
-0.630
|
20
|
21
|
-0.230
|
-4.8
|
-0.699
|
-14.7
|
-0.751
|
-15.7
|
9
|
270
|
2
|
-0.260
|
8.2
|
10.2
|
-0.267
|
-2.7
|
-0.267
|
-2.7
|
-1
|
-10.2
|
10
|
300
|
8
|
0.370
|
-11.8
|
-3.8
|
-0.230
|
0.9
|
0.301
|
-1.1
|
-0.981
|
3.7
|
11
|
330
|
24
|
0.996
|
-31.6
|
-7.6
|
-0.131
|
1
|
0.801
|
-6.1
|
-0.613
|
4.6
|
12
|
360
|
54
|
1.260
|
-40
|
14
|
0
|
0
|
1
|
14
|
0
|
0
|
12 ’
|
370
|
169
|
1.229
|
-39
|
130
|
0.045
|
5.8
|
0.977
|
127
|
0.218
|
28.3
|
12 ’’
|
380
|
152
|
1.139
|
-36.1
|
115.9
|
0.089
|
10.3
|
0.909
|
105.3
|
0.426
|
49.4
|
13
|
390
|
106
|
0.996
|
-31.6
|
74.4
|
0.131
|
9.7
|
0.801
|
59.6
|
0.613
|
45.6
|
14
|
420
|
45
|
0.370
|
-11.8
|
33.2
|
0.230
|
7.6
|
0.301
|
10
|
0.981
|
32.5
|
15
|
450
|
24
|
-0.260
|
8.2
|
32.2
|
0.267
|
8.6
|
-0.267
|
-8.6
|
1
|
32.2
|
16
|
480
|
15
|
-0.630
|
20
|
35
|
0.230
|
8
|
-0.699
|
-24.5
|
0.751
|
26.3
|
17
|
510
|
10
|
-0.736
|
23.3
|
33.3
|
0.131
|
4.4
|
-0.931
|
-31
|
0.387
|
12.9
|
18
|
540
|
6
|
-0.740
|
23.5
|
29.5
|
0
|
0
|
-1
|
-29.5
|
0
|
0
|
19
|
570
|
2
|
-0.736
|
23.3
|
25.3
|
-0.131
|
-3.3
|
-0.931
|
-23.5
|
-0.387
|
-9.8
|
20
|
600
|
1
|
-0.630
|
20
|
21
|
-0.230
|
-4.8
|
-0.699
|
-14.7
|
-0.751
|
-15.8
|
21
|
630
|
1
|
-0.260
|
8.2
|
9.2
|
-0.267
|
-2.4
|
-0.267
|
-2.4
|
-1
|
-9.2
|
22
|
660
|
1
|
0.370
|
-11.8
|
-10.8
|
-0.230
|
2.5
|
0.301
|
-3.2
|
-0.981
|
10.6
|
23
|
690
|
1
|
0.996
|
-31.6
|
-30.6
|
-0.131
|
4
|
0.801
|
-24.5
|
-0.613
|
18.7
|
24
|
720
|
1
|
1.260
|
-40
|
-39
|
0
|
0
|
1
|
-39
|
0
|
0
|
|