Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

МАДИ (ТУ)

Кафедра :  Автотракторные  двигатели

Тепловой  и  динамический  расчёт двигателя внутреннего сгорания

                                   Преподаватель:   Пришвин

                                   Студент:  Толчин А.Г.

                                   Группа:  4ДМ1

                    МОСКВА  1995

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 цилиндровV- 8

6  Степень сжатия   - e=7.5

7  Тип камеры сгорания  -  полуклиновая .

8  Коэффицент 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 :

[кг/к моль]    ;  Hu=44000[кДж/кг]

2 Выбор степени сжатия.

    e=7.5          ОЧ=75-85

3 Выбор значения коэффицента 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)P₀ [MПа]        ;          P_r=1.2*P₀=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 коэф-та 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  n₂

       ;       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 движущехся масс КШМ

Диаграмма суммарной силы   ,действующей на поршень

      ;     

Диаграмма сил  N,K,T

Аналитическое выражение сил:

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 правельности построения диаграммы:

Схема пространственного коленчатого вала 8 цилиндрового V-образного двигателя