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

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.

  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