Тепловой и динамический расчёт 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 - =7.5

7 Тип камеры сгорания - полуклиновая .

8 Коэффицент избытка воздуха - =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.

=7.5 ОЧ=75-85

3 Выбор значения коэффицента избытка воздуха.



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 - 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

; 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 

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