Содержание
1. Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС
2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС
3. Расчет и построение внешней характеристики ДВС
4. Построение диаграммы фаз газораспределения
5. Проектирование кривошипно-шатунного механизма
6. Определение основных параметров ДВС
7. Тепловой баланс двигателя
Список литературы
1. Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС
Рассмотрим действительный цикл работы четырехтактного дизельного двигателя по мере происходящих в нем процессов.
Процесс впуска
Первый такт – впуск горючей смеси.
Во время такта впуска (рис. 1, а), когда поршень 1 движется от В.М.Т. к Н.М.Т., а впускной клапан 3 открыт, в цилиндр 2 поступает атмосферный воздух, который, нагреваясь в процессе сжатия, воспламеняет топливо, впрыскиваемое в конце такта сжатия. Гидравлическое сопротивление впускного трубопровода повышает давление воздуха в конце такта впуска до 0,08 МПа. Температура воздуха в цилиндре составляет 50–80° С.
Процесс сжатия
Второй такт – сжатие смеси.
Во время такта сжатия (рисунок 1, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура, и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия (е=7,8) давление и температура воздуха достигают значений 3,419МПа и 600 °С соответственно. В конце такта в цилиндр через форсунку 4 (рисунок, 1, в) впрыскивается топливо. В зависимости от формы камеры сгорания и типа форсунки давление впрыска находится в пределах 8…40 МПа.
Процесс сгорания и расширения
Третий такт – расширение, или рабочий ход.
Впрыснутое распыленное топливо, перемешиваясь со сжатым воздухом, самовоспламеняется и сгорает. При этом температура газов к концу сгорания повышается до 1600 °С, а давление до 7,864МПа. В конце такта расширения температура снижается до 700…10000С, а давление до 0,677МПа. Под давлением газов, образующихся в результате сгорания топливовоздушной смеси, поршень перемещается от В.М.Т. к Н.М.Т., совершая механическую работу (рисунок 1, в).
Процесс выпуска
Четвертый такт – выпуск отработавших газов.
Продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу (рисунок 1, г). Температура выпуска равна 600…700 °С, а давление газов – 0,125МПа.
2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС
Объем камеры сгорания:
Vc= 1 (в условных единицах). (1)
Полный объем:
Va= e × Vc, (2)
где e – степень сжатия;
Va= 8×1 = 8.
Показатель политропы сжатия:
n1 =1,41 – 100/ne, (3)
где ne – номинальная частота вращения коленвала, об./мин;
n1= 1,41 – 100/4500 = 1,39
Давление в конце такта сжатия, МПа:
pc= pa× e n1, (4)
где pa – давление при впуске, МПа;
pc= 0,09×8 1,39 = 1,62 МПа
Промежуточные точки политропы сжатия (табл. 1):
px= (Va / Vx) n1× pa, (5)
При />px= (8 / 1) 1,39× 0,09=1,62 МПа
Таблица 1. Значения политропы сжатия
Vx
2
3
4
5
6
7
8
px, МПа
0,62
0,35
0,24
0,17
0,13
0,11
0,09
Давление в конце такта сгорания, МПа:
pz= l × pc, (6)
где l –степень повышения давления;
pz= 3,8 × 1,62= 6,16 МПа
Показатель политропы расширения:
n2 =1,22 – 130/ne, (7)
n2 = 1,22 – 130/4500 = 1,19
Давление в конце такта расширения:
pb= pz / e n2, (8)
pb= 6,16/81,19= 0,52 МПа
Промежуточные точки политропы расширения (табл. 2):
px= (Vb / Vx) n2× pb. (9)
/>При />px= (8 / 1) 1,19× 0,52= 6,16 МПа
Таблица 2. Значения политропы расширения
Vx--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
dш= (0,63…0,7) d
dш= 0,65×92 = 60 мм
lk= (0,54…0,7) dk
lk= 0,6×74= 44 мм
lшат= (0,73…1,05) dш
lшат= 1×60= 60 мм
При известном диаметре поршня его остальные основные размеры определяются из эмпирических соотношений. Результаты расчетов приведены в таблице 4.
Обозначения, принятые в таблице 4:
d – диаметр поршня;
dп – диаметр пальца;
dв – внутренний диаметр пальца;
lп – длина пальца;
l2 – расстояние между внутренними торцами бобышек;
d – толщина днища поршня;
dd – внешний диаметр внутреннего торца бобышек;
с1 – расстояние от днища поршня до первой канавки под поршневое кольцо;
е1 – толщина стенки головки поршня;
h – расстояние от днища поршня до центра отверстия под палец;
bк – глубина канавки под поршневое кольцо;
L – расстояние от торца юбки поршня до канавки под кольцо головки поршня;
H – высота поршня;
dю – минимальная толщина направляющей части поршня;
dш – диаметр шатунной шейки;
dк – диаметр коренной шейки коленвала;
lшат – длина шатунной шейки;
lк – длина коренной шейки коленвала.
Полученные расчетом параметры используем для проектирования кривошипно-шатунного механизма (рисунок 5).
6. Определение основных параметров ДВС
Крутящий момент, Н∙м:
/>(27)
/>
Литровая мощность, кВт/л:
/>(28)
/>
Удельная поршневая мощность, кВт/дм2:
/>(29)
/>
Механический КПД:
/>(30)
/>
Индикаторный КПД:
/>, (31)
где /> – коэффициент избытка воздуха (/> = 0,9)
/>= 14.96 (для бензиновых двигателей)
/> – низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг. />= 44
/> – плотность топливо – воздушной смеси, кг/м3. />=1,22
/>= 0,7
/>
Эффективный КПД:
/>/>(32)
/>
Удельный расход, г/кВт∙ч:
/>(33)
/>
Массовый расход, г∙ч:
/>(34)
/>
Перемещение поршня
Зависимость перемещения поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле:
/>(35)
Строим график перемещения поршня из условия />=0,25, угол поворота коленчатого вала 0–3600с шагом 300.
/>
Скорость поршня
Зависимость скорости поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле:
/>(36)
Строим график скорости поршня из условия />=0,25, угол поворота коленчатого вала 0–360с шагом 30.
/>
Ускорение поршня продолжение
--PAGE_BREAK--
Зависимость скорости поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле:
/> (37)
Строим график ускорения поршня из условия />=0,25, угол поворота коленчатого вала 0–360с шагом 30.
/>
Силы, действующие в двигателе
Сила инерции
Сила инерции определяется по формуле:
/>, (38)
где />— угловая скорость поршня, определяемая по формуле:
/>, (39)
где />— номинальная частота вращения двигателя. />=4500 об/мин.
/>.
/>— приведенная масса поршня, определяемая по формуле:
/>, (40)
где />— масса поршня, определяемая по формуле:
/> (41)
/>
/>— масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
/>, (42)
где />— масса шатуна, определяемая по формуле:
/> (43)
/>
/>
В итоге по формуле (40) определяем приведенную массу поршня:
/>
Значения силы инерции в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5.
Сила давления газов
Сила давления газов определяется по формуле:
/>, (44)
где />— значения давления при данном угле поворота.
/>— атмосферное давление. />=0,1 МПа.
/>— площадь поршня.
Площадь поршня определим по формуле:
/> (45)
/>
Значения силы давления газов в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5.
Суммарная сила
Суммарная сила определится по формуле:
/>(46)
Значения суммарной силы в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5.
Таблица 5. Зависимости силы давления газов, силы инерции и суммарной силы от угла поворота коленчатого вала
Угол
Давление, МПа
Сила давления газов, Н
Ускорение, м/с2
Сила инерции, Н
Суммарная сила, Н
0,125
165
11519,19
-11519,19
-11354,19
30
0,09
-66
9123,197
-9123,197
-9189,197
60 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
-9029,86
720
-11354,2
720
720
720
-11354,2
Средний крутящий момент
/>
угол
Крутящий момент
ср. момент
30
-239,1075005
-71,925252
60
-143,5195164
-234,1036
90
92,87036
173,9265
120
172,732223
670,601599
150
104,5386361
607,040943
180
210
-105,5602831
240
-178,788152
270
-109,30436
300
78,1121964
330
118,8927905
360
390
380,8569325
420
268,0015386
450
292,81736
480
285,776231
510
150,5127511
540
570
-108,1144006
600
-179,7974735
630
-102,45686
660
133,9809489
690
233,096765
720
/>, где Тх – значение тангенциальной силы при данном угле поворота.
Тср.= 163,2 Н∙м, что составляет разницу с ранее
посчитанным моментом (27) 2,45%.
7. Тепловой баланс двигателя
/>Теплота сгорания израсходованного топлива:
/>(51)
/>
Эквивалентная эффективная теплота работы двигателя:
/>(52)
/>
Список литературы
1. Сырямин Ю.Н. Двигатели внутреннего сгорания. Методические указания к выполнению расчетно-графического упражнения. Н., 1998. 13 с.
2. Сергеев В.П. Автотракторный транспорт. М., 1984. 304 с.
3. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М., 1971.
4. Орлин А.И. Двигатели внутреннего сгорания. М., 1970. 384 с.
5. СТП СГУПС 01.01–2000. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. 41с.