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 |
