Вступ
Впровадженнядосягнень науково-технічного прогресу в автомобілебудуванні та наавтомобільному транспорті вимагає творчого підходу до вирішення наукових іпрактичних завдань, які стоять перед робітниками цих галузей, що в свою чергупередбачає необхідність підвищення якості підготовки і перепідготовки кадрівдля них. В області розвитку і удосконалення автомобільних двигунів основнимизадачами на сучаснім етапі являється:
зниження паливноїекономічності;
питомої маси;
вартості їхвиготовлення і експлуатації;
боротьба з токсичнимивикидами в атмосферу;
зниження шуму при експлуатаціїдвигунів.
Виконання цих задачвимагає від спеціалістів, пов’язаних з виробництвом та експлуатацієюавтомобільних двигунів, глибоких знань теорії, конструкції та розрахункудвигунів внутрішнього згоряння.
Важливим чином упридбанні даних знань, що базуються на основних теоретичних положеннях дисципліни«Автомобільні двигуни».
Курс «Автомобільнідвигуни» є одним з базових у справі підготовки інженерно-технічних працівниківавтомобільного транспорту.
Сучасна автомобільнасилова установка (автомобільний двигун) являє собою одну з найскладніших машин,здатних перетворювати теплоту, що виділяється при згорянні палива, у механічнуроботу. Процеси згоряння, виділення теплоти і перетворення її в механічнуроботу продуктами згоряння відбувається у середині двигуна. Звідси й назва –двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).
1. Хімічні реакціїпри горінні палива
1.1 Теоретичнонеобхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива
/>, кг.повітря/кг.палива.
l0=/> кг.повітря/кг.палива./>
Склад палива:бензинів – С = 0,855; Н = 0,145; О = 0; дизельного палива – С = 0,870; Н = 0,126;О = 0,004. Вид палива повинен відповідати прототипу двигуна, що заданий утаблиці вихідних параметрів.
1.2 Теоретичнонеобхідна кількість повітря для згоряння палива
/>, кмоль.повітря/кг.палива.
L0=/> кмоль.повітря/кг.палива.
1.3 Коефіцієнтнадлишку повітря aурежимі номінальної потужності приймають за таблицею вихідних параметрів α=0.84
Кількість свіжогозаряду
/>,
кмоль свіжогозаряду/кг.палива. M1=0.84·0.5179=0.4350 кмоль свіжогозаряду/кг.палива.
1.4Кількість двоокису вуглецю (СО2) у продуктах згоряння
за умови:
a/>, кмоль/кг.палива,
MCO2= /> кмоль/кг.палива,
де />;
для нафтових рідкихпалив к =0,45...0,53. />
1.5Кількість окису вуглецю (СО) у продуктах згоряння
за умови:
a,кмоль/кг.палива.
MCO=/> кмоль/кг.палива.
1.6Кількість водяної пари (Н2О) у продуктах згоряння
за умови:
a,кмоль/кг палива. MH2O=/> кмоль/кг палива.
1.7Кількість водню (Н2) у продуктах згоряння
за умови:
a,кмоль/кг палива.
MH2=/> кмоль/кг палива.
1.8Кількість кисню (О2) у продуктах згоряння
за умови:
a,кмоль/кг.палива.
1.9Кількість азоту (N2) у продуктах згоряння
/>, кмоль/кг.палива.
MN2=/> кмоль/кг.палива.
1.1Загальна кількість продуктів згоряння рідкого палива
/>, кмоль/кг.палива.
M2=/> кмоль/кг.палива.
1.11Зміна кількості робочого тіла при згорянні палива
/>, кмоль/кг.палива.
∆M=/> кмоль/кг.палива.
1.12 Коефіцієнтмолекулярної зміни паливної суміші
/>.
/>
1.13Нижча теплота згоряння рідкого палива за формулою Менделєєва
/>, кДж/кг.палива. Hu=/> кДж/кг.палива.
Вміст сірки S та вологи W у паливі приймаютьрівними 0. />
1.14Хімічна неповнота згоряння за умови:
a,кДж/кг палива.
∆Hu=/> кДж/кг палива.
1.15Теплота згоряння паливної суміші
/>, кДж/кмоль пал.суміші.
Hпал.сум=/> кДж/кмоль пал.суміші.
2. Розрахунокпроцесів дійсного циклу
2.1 Тискнавколишнього середовища для розрахунків
Р0= 0,10 МПа.
2.2 Температуранавколишнього середовища для розрахунків
Т0 = 293 К.
2.3 Тисксередовища, звідки повітря надходить у циліндр.У випадку відсутності наддуву
Рк = Р0.
2.4 Температурасередовища, звідки повітря надходить у циліндр
При відсутностінаддуву
Рк= Р0, а Тк= Т0
2.5 Тискзалишкових газів у циліндрі двигуна перед початком процесу наповнення:
при відсутності наддуву
/>, МПа;
Pr=/> МПа
2.6 Температурузалишкових газів
Tr =1065 K
2.7 Густина зарядупри наповненні:
при відсутності наддуву
/>, кг/м3;
/> кг/м3
де В = 287Дж/кг×град — питомагазова стала. />
При відсутності наддувуприймають />.
2.8 Втрати тискупри наповненні
/>, МПа,
∆Pa=/> МПа
де b — коефіцієнтзатухання швидкості руху заряду у перерізі циліндра; xВП – коефіцієнт опору впускної системи, віднесенийдо найбільш вузького його перерізу, />; /> wВП = 50...150 м/с — середня швидкість руху заряду у найменшому перерізівпускної системи в м/с. Значення wВПприймають за таблицею вих. пар.
2.9 Тиск кінця впуску
/>, МПа
Pa=/> МПа
2.10 Температурапідігріву свіжого заряду DТ.Приймається
DТ=12ºС.
2.11 Коефіцієнтзалишкових газів
/>, />.
де e — ступіньстиску, приймається за табл. вих. пар.
2.12. Температурав кінці наповнення
/>, К.
Ta=/> К.
2.13 Коефіцієнтнаповнення
/>.
/>.
2.14 Середнійпоказник адіабати стиску k1=1,3775
Визначається заномограмою Додатку Е (рис. Е-1) у залежності від ступеня стиску e і температури в кінці наповнення Та. />
2.15 Значенняпоказника політропи стиску n1
в залежності від kвстановлюють у межах для бензинових двигунів (k1-0,01)…(k1-0,04);
Приймаємо n1=1,3575
2.16 Тиск у кінцітеоретичного стиску
/>, МПа.
Pc=/> МПа
2.17 Температура укінці теоретичного стиску
/>, К.
Tc=/> К
2.18 Середнямольна теплоємність свіжого заряду у кінці стиску
/>, кДж/кмоль×град.,
/> кДж/кмоль×град
де tс — температурау кінці стиску в °С (tс=Tс-273°).
2.19 Середнямольна теплоємність залишкових газів
/> =23,3994 кДж/кмоль×град
/>
визначається взалежності від коефіцієнта надлишку повітря a і температури у кінці стиску tсшляхом інтерполяції за таблицею В-1 Додатку В
2.20 Середнямольна теплоємність робочої суміші
/>, кДж/кмоль×град.
/> кДж/кмоль×град.
2.21 Коефіцієнт молекулярноїзміни робочої суміші
/>,
/>,
де gr — коефіцієнтзалишкових газів.
2.22 Теплотазгоряння робочої суміші
/>, кДж/кмоль.
Hроб.сум=/> кДж/кмоль.
2.23 Середнямольна теплоємність продуктів згоряння
/>
/>.
/>
Окремі компоненти /> беруть з таблиці С-1Додатку С. />
2.24 Рівняннязгоряння (тепловий баланс) для:
бензинових двигунів
/>;
0,002001tz2+24,46233tz-73769,08=0
де xz — коефіцієнт використання тепла. Коефіцієнтвикористання теплоти у період згорання залежить від типу двигуна:
для бензиновогодвигуна xz = 0,85...0,95/>
2.25 Температуру,що відповідає максимальному тиску згоряння Рz
визначають шляхомрозв’язування квадратного рівняння попереднього пункту
/>, °С,
tz=/>°С. />, К.
Tz=2503+273=2776К.
2.26 Максимальнийтиск згоряння
для бензиновогодвигуна
/>, МПа;
Pz=/> МПа.
2.27 Дійсниймаксимальний тиск згоряння
для бензинового двигуна
/>. МПа.
Pzд=0.85·4,45=3,78Мпа.
2.28 Ступіньпідвищення тиску l
Для бензиновихдвигунів
/>.
/>МПа.
2.29 Ступіньпопереднього розширення
Для бензиновихдвигунів/>;
2.30 Ступіньподальшого розширення
Для бензиновихдвигунів />=6,8
2.31 Середнійпоказник адіабати розширення
k2 =1,242
Визначають по номограмам Е-2 та Е-3Додатку Е, відповідно, для бензинових та дизельних двигунів за числовимизначеннями d, a та Tz. />
2.32 Середнійпоказник політропи розширення n2
/>
k2=1,242
2.33 Тиск кінцяпроцесу розширення
/>, МПа. Pb=/> МПа.
2.34 Температуракінця процесу розширення
/>, К.
Tb=/> К.
2.35 Перевіркаточності вибору значень тиску та температури залишкових газів
/>, К. Tr=/> К.
/>
Значення Тr відрізняється від значення прийнятого у пункті 2.6 на2,6%. Умова виконується.
3. Розрахунокіндикаторних та ефективних показників дійсного циклу двигуна
3.1 Теоретичнийсередній індикаторний тиск
/>, МПа.
/> МПа.
3.2 Дійснийсередній індикаторний тиск
/>, МПа, Pi=0,96·0,9=0,86 МПа
де j — коефіцієнт повноти індикаторної діаграми,приймається за таб. вих. пар.
3.3 Індикаторнапотужність двигуна
/>, кВт,
Ni=/> кВт,
де Vл – робочий об’єм циліндрів двигуна у літрах (літраж); n– частота обертання колінчастого вала, об/хв; t – коефіцієнт тактності (t = 4).
Значення Vл та n приймають за таб. вих. пар.
3.4 Індикаторнийкоефіцієнт корисної дії
/>,
/>.
3.5 Індикаторніпитомі витрати палива
/>, г/кВт×год,q=/> г/кВт×год.
3.6 Тискмеханічних втрат Рм
Визначають заемпіричною залежністю по заданому у таблиці А-1 значенню середньої швидкостіпоршня (Vп.ср, м/с). Для бензинових двигунів зчислом циліндрів до 6 та відношенням S/D
PM=0,034+0,0113·Vп.ср, МПа, PM=0,049+0,0152·8,5=0,18 МПа.
3.7 Середній ефективнийтиск
/>, МПа.
Pe=0,86-0,18=0,68МПа.
3.8 Механічнийкоефіцієнт корисної дії
/>,
/>.
3.9 Ефективнийкоефіцієнт корисної дії
/>.
/>.
3.10 Ефективнапотужність двигуна
/> .
Ne=100,67·0,79=79,84кВт
3.11 Ефективніпитомі витрати рідкого палива
/>, г/кВт×год. ge=/> г/кВт×год
3.12 Годиннівитрати палива
/>, кг/год.
GT=382,83·79,84·10-3=30,57кг/год
3.13 Цикловаподача рідкого палива
/>, г/цикл.
Gц=/> г/цикл
4. Розрахунокпараметрів циліндра та тепловий баланс двигуна
4.1 Робочий об’ємциліндра
/>, л,
Vh=/> л.
де і – кількістьциліндрів (таблиця вих. пар.).
4.2 Діаметрциліндра
/>, мм,
D=/> мм.
де S/D –відношення ходу поршня до діаметра циліндра, приймають за таблицею А-1.
Значення D приймаютьдля подальшого розрахунку округленим до цілих значень у мм.
4.3 Хід поршня
/>, мм.
S=91·0,9=82 мм, Значенняходу поршня приймають для подальших розрахунків округленим до цілих міліметрів.
4.4 Уточненезначення літражу двигуна
/>, л,
Vл=/> л
де D та S у мм.
4.5 Уточненезначення ефективної потужності
/> , кВт. Ne=/> кВт
4.6 Номінальнийефективний крутний момент
/> , Н×м.
Me=/> Н×м
4.7 Уточненезначення годинних витрат палива
/>, кг/год, GT=79,84·382,83·10-3=30,57кг/год.
4.8 Уточненезначення середньої швидкості поршня
/> , м/с, Vп, ср=/> м/с.
4.9 Загальнакількість тепла, що вводиться у двигун при згорянні палива
/>, Дж/с, Q0=/> Дж/с.
4.10 Тепло еквівалентнеефективній роботі
/>, Дж/с, Qe=1000·79,84=79844,7058 Дж/с.
4.11 Тепло, щопередається охолоджуючому середовищу
/>, Дж/с,
Qв=/> Дж/с
де С- коефіцієнтпропорційності (С = 0,45…0,52); /> і –число циліндрів; D – діаметр циліндра у см; m – показник степеня (длячотирьохтактних двигунів m = 0,6…0,7); /> n-число обертів колінчастого валу двигуна, об/хв. (таблиця вих. пар.).
4.12 Теплота, що винесеназ відпрацьованими газами
/>, Дж/с,
/>=23,3994+8,314=31,7134
/>=21,37293+8,314=29,6869
Qr=/> Дж/с
де /> - середня мольнатеплоємність відпрацьованих газів при сталому тискові у кінці випуску;
/> кДж/кмоль×град.
Значення /> визначається згідно пункту2.19 за таблицею В-2 або В-3 додатку В для tr; /> /> - середня мольна теплоємність повітря при сталомутискові і температурі середовища, звідки надходить повітря;
/> кДж/кмоль×град.
Значення /> визначається за формулоюлівого рядку таблиці С-1 додатку С для tк; />
4.13 Теплота, щовтрачена із-за хімічної неповноти згоряння
для бензиновогодвигуна
/>, Дж/с.
Qнс=/> Дж/с.
4.14 Неврахованівтрати тепла
/>, Дж/с.
Qост=/> Дж/с.
4.15 Складовічастини теплового балансу у процентах
/>=/>;
/>=/>;
/>=/>;
/>=/>;
/>=/>;
/>%
5. Побудова зовнішньої швидкісноїхарактеристики двигуна
5.1 Мінімальна частота обертання двигуна
nmin= n /5, об/хв.
nmin=3300/5=660об/хв
5.2 Максимальна частота обертання двигуна
для бензинового двигуна
nmax = 1,1× n, об/хв.
nmax=1,1·3300=3630об/хв
5.3 Крок зміничастоти обертання
Dn = nmin, об/хв.
Dn =660 об/хв.
Послідовністьрозрахункових частот:
n1 = nmin;
n2 = n1+ Dn;
n3 = n2+ Dn;
n4 = n3+ Dn;
n5 = n.
n1 =660об/хв.
n2 =660+660=1320об/хв.
n3 =1320+660=1980об/хв
n4 =1980+660=2640об/хв.
n5 =3300об/хв. n6 =3630 об/хв.
Для бензиновогодвигуна n6 = nmax .
5.4 Для розрахункових частот обертанняколінчастого валу
визначають розрахункові точки кривоїефективної потужності для бензиновихдвигунів:
/>, кВт;
/> кВт;
/> кВт;
/> кВт;
/> кВт;
/> кВт;
/> кВт.
де Ne – номінальна ефективна потужність 4.5; Nex –біжуче значення ефективної потужності (кВт) для конкретних обертів швидкісноїхарактеристики (nx); nx- біжуче значення швидкості обертання колінчастого валу (об/хв).
5.5Біжучі значення ефективного крутного моменту
/>, Н×м.
/> Н×м;
/> Н×м;
/> Н×м;
/> Н×м;
/> Н×м;
/> Н×м.
5.6Біжучі значення середнього ефективного тискудля розрахункових частот обертання колінчастого валу
/>, МПа.
/> МПа.
/> МПа.
/> МПа.
/> МПа.
/> МПа.
/> МПа.
5.7Біжучі значення середньої швидкості поршня
/>, м/с.
/> м/с;
/> м/с;
/> м/с;
/> м/с;
/> м/с;
/> м/с.
5.8Біжучі значення середнього тиску механічнихвтрат для прийнятих частот обертання
визначають заформулами пункту 3.6 для відповідної швидкості поршня Vп.срх.
/> МПа
/> МПа
/> МПа
/> МПа
/> МПа
/> МПа
/> МПа
5.9Біжучі значення питомих ефективних витратпалива визначають за формулами
для бензиновогодвигуна
/>, г/кВт×год;
/> г/кВт×год;
/> г/кВт×год;
/> г/кВт×год;
/> г/кВт×год;
/> г/кВт×год;
/> г/кВт×год.
де ge –питомі витрати палива при номінальній потужності 3.11; gex –біжуче значення питомих ефективних витрат палива.
5.10Біжучі значення годинних витрат палива
/>, кг/год. /> кг/год
/> кг/год
/> кг/год
/> кг/год
/> кг/год
/> кг/год
5.11Залежність коефіцієнта надлишку повітря відчастоти обертання
визначають через ax, що відповідають розрахунковим частотам обертання.
Для бензиновихдвигунів значення коефіцієнту при мінімальній частоті обертання nmin дорівнює a1= (0,8…0,85)×a.
a1 =0,83·0,84=0,7 Подальші значення коефіцієнтів a2,a3, a4, a5 та a6 дорівнюють a=0,94
5.12 Біжучізначення коефіцієнта наповнення визначають за формулою
/>,
/>
/>
/>
/>
/>
/>
5.13 Результатирозрахунків зводяться в таблицю
Таблиця 5.1№ п/п
Швидкість обертання
nx, об/хв
Параметри зовнішньої швидкісної характеристики
Nex,
кВт
Мех ,
Н×м
Pex ,
МПа
Vп.срх ,
м/с
Рмх ,
МПа
gex ,
г/кВт×год
Gтх ,
кг/год
ax
hvx 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 660 18,52 268,15 0,79 1,80 0,08 395,08 7,32 0,7 0,77 2 1320 39,60 286,65 0,85 3,60 0,10 355,26 14,07 0,84 0,89 3 1980 59,40 286,65 0,85 5,40 0,13 339,95 20,19 0,84 0,85 4 2640 74,10 268,15 0,79 7,20 0,16 349,14 25,87 0,84 0,82 5 3300 79,84 231,17 0,68 9,00 0,19 382,83 30,57 0,84 0,78 6 3630 78,17 205,74 0,61 9,90 0,20 408,86 31,96 0,84 0,74
5.14 Зарезультатами розрахунків будуються графіки зовнішньої швидкісної характеристики
Приклади зовнішньої швидкісноїхарактеристики бензинового двигуна приведено на рис. 1, 2.
/>
Зовнішньо швидкіснахарактеристика бензинового двигуна
6. Кінематичнийрозрахунок кривошипно-шатунного механізму
6.1 Відношеннярадіуса кривошипа до довжини шатуна
/>=0,26
визначають затаблицею вихідних параметрів.
6.2 Радіускривошипу
/>, мм,
R=/> мм
де S – хідпоршня у відповідності за пунктом 4.3.
6.3 Переміщенняпоршня в залежності від кута повороту кривошипа
/>, мм,
де j — кут повороту кривошипа, що відраховується від точкиВМТ осі циліндра в напрямі обертання колінчастого валу за годинниковоюстрілкою.
Розрахунокпроводиться для значень j від 0° до 360° з кроком 10° використовуючи таблицю D-1 додатку D, в якій длязаданих l¢ та j наведенізначення виразу />./>
Результатирозрахунків переміщення поршня Кут повороту колінчастого валу j°
Значення виразу
/>
Переміщення поршня
Sх, мм 10 0,0191 0,78 20 0,0755 3,09 30 0,1665 6,81 40 0,2877 11,77 50 0,4335 17,74 60 0,5975 24,45 70 0,7728 31,62 80 0,9525 38,98 90 1,13 46,24 100 1,2997 53,18 110 1,4568 59,61 120 1,5975 65,37 130 1,7191 70,35 140 1,8197 74,46 150 1,8985 77,69 160 1,9549 80,00 170 1,9887 81,38 180 2 81,84 190 1,9887 81,38 200 1,9549 80,00 210 1,8985 77,69 220 1,8197 74,46 230 1,7191 70,35 240 1,5975 65,37 250 1,4568 59,61 260 1,2997 53,18 270 1,13 46,24 280 0,9525 38,98 290 0,7728 31,62 300 0,5975 24,45 310 0,4335 17,74 320 0,2877 11,77 330 0,1665 6,81 340 0,0755 3,09 350 0,0191 0,78 360
6.4 Кутовашвидкість обертання колінчастого валу
/>, рад/с.
/> рад/с
6.5 Швидкістьпереміщення поршня у залежності від кута повороту
/> м/с,
де j — кут повороту кривошипа; R – радіус кривошипа, м.
Розрахунокпроводиться для значень j від 0° до 360° з кроком 10° використовуючи таблицю D-2 додатку D, в якій длязаданих l¢ та j приведенізначення виразу />. />
Результатирозрахунків зводять у таблицю в наступній формі:
Результатирозрахунків швидкості поршня Кут повороту колінчастого валу j°
Значення виразу
/>
Швидкість поршня
Vп, м/с 10 0,2181 3,08 20 0,4256 6,02 30 0,6126 8,66 40 0,7708 10,89 50 0,8940 12,64 60 0,9786 13,83 70 1,0233 14,46 80 1,0293 14,55 90 1 14,13 100 0,9403 13,29 110 0,8561 12,10 120 0,7534 10,65 130 0,6330 8,95 140 0,5148 7,28 150 0,3874 5,48 160 0,2584 3,65 170 0,1291 1,82 180 190 -0,1291 -1,82 200 -0,2584 -3,65 210 -0,3874 -5,48 220 -0,5148 -7,28 230 -0,6330 -8,95 240 -0,7534 -10,65 250 -0,8561 -12,10 260 -0,9403 -13,29 270 -1 -14,13 280 -1,0293 -14,55 290 -1,0233 -14,46 300 -0,9786 -13,83 310 -0,8940 -12,64 320 -0,7708 -10,89 330 -0,6126 -8,66 340 -0,4256 -6,02 350 -0,2181 -3,08 360
6.6 Прискорення поршняв залежності від кута повороту кривошипа
/>, м/с2,
де j — кут повороту кривошипа; R – радіус кривошипа, м.
Розрахунокпроводиться для значень j від 0° до 360° з кроком 10° використовуючи таблицю D-3 додатку D, в якій длязаданих l¢ та j приведенізначення виразу /> . />
Результатирозрахунків прискорення поршня Кут повороту колінчастого валу j°
Значення виразу
/>
Прискорення поршня
/>, м/с2 1,2600 6151,15 10 1,2291 6000,30 20 1,1889 5804,05 30 0,9960 4862,34 40 0,8111 3959,68 50 0,5977 2917,89 60 0,3700 1806,29 70 0,1428 697,13 80 -0,0707 -345,15 90 -0,2600 -1269,29 100 -0,4179 -2040,13 110 -0,5412 -2642,07 120 -0,6300 -3075,58 130 -0,6879 -3358,24 140 -0,7209 -3519,34 150 -0,7360 -3593,06 160 -0,7405 -3615,02 170 -0,7405 -3615,02 180 -0,7400 -3612,58 190 -0,7405 -3615,02 200 -0,7405 -3615,02 210 -0,7360 -3593,06 220 -0,7209 -3519,34 230 -0,6879 -3358,24 240 -0,6300 -3075,58 250 -0,5412 -2642,07 260 -0,4179 -2040,13 270 -0,2600 -1269,29 280 -0,0707 -345,15 290 0,1428 697,13 300 0,3700 1806,29 310 0,5977 2917,89 320 0,8111 3959,68 330 0,9960 4862,34 340 1,1889 5804,05 350 1,2291 6000,30 360 1,2600 6151,15
6.7 Зарезультатами розрахунків будуються графічні залежності Sх-1, Vп-2 та gп-3 від кута повороту кривошипа j
/>
7. Побудова індикаторноїдіаграми циклу двигуна
7.1 Умовна висотакамери згоряння у верхній мертвій точці
/>, мм,
Hc=/> мм
де S — хiд поршня у мм.
7.2 Умовна висотакамери згоряння у момент початку розширення
/>, мм,
Hz=Hc=14,11мм
де r — ступінь попереднього розширення у вiдповiдностi зпунктом 2.29. Для бензинових двигунів />.
7.3 Розрахункові точки по куту повороту кривошипа для визначення проміжнихданих тиску на лінії стиску
Длярозрахунку приймаються значення кута повороту кривошипа на лінії стиску від 190° до 350° з кроком 10°. Для вказаних кутівповороту за таблицею, заповненою в пункті 6.3, визначаються значення переміщенняпоршня S190°...S350° i вносяться у таблицю наступного пункту.
7.4 Проміжні значення тиску визначають за формулою
/>, МПа,
де n1 — показник політропи стиску у вiдповiдностi до пункту 2.15. Вякості Sx у розрахункову формулу підставляють значення S190°...S350°.
Кут повороту колінчастого валу j0
Переміщення поршня Sп, мм
Проміжні значення тиску стиску />, МПа 190 81,38 0,09 200 80,00 0,09 210 77,69 0,09 220 74,46 0,10 230 70,35 0,10 240 65,37 0,11 250 59,61 0,12 260 53,18 0,14 270 46,24 0,16 280 38,98 0,19 290 31,62 0,24 300 24,45 0,30 310 17,74 0,39 320 11,77 0,51 330 6,81 0,68 340 3,09 0,89 350 0,78 1,09
7.5 Розрахунковіточки по куту повороту кривошипа для визначення проміжних значень тиску на лініїрозширення
Для розрахункуприймаються значення кута повороту j кривошипа на лінії розширення від 350° до 530° з кроком 10°. Вказаним кутам повороту в таблиці(пункт 6.3), відповідають значення переміщення поршня S10°...S170°, яківносяться у таблицю наступного пункту.
7.6. Проміжні значення тиску розширення визначають за формулою
/>, МПа,
де n2 — показник політропи розширення у вiдповiдностi до пункту2.32. Замість Sх у розрахункову формулу підставляютьзначення S10°...S170°.
Результатирозрахунку проміжних значень тиску лінії розширення
Кут повороту колінчастого валу j0
Переміщення поршня
Sп, мм
Проміжні значення тиску стиску />, МПа 370 0,78 4,16 380 3,09 3,48 390 6,81 2,73 400 11,77 2,09 410 17,74 1,62 420 24,45 1,28 430 31,62 1,03 440 38,98 0,86 450 46,24 0,73 460 53,18 0,64 470 59,61 0,57 480 65,37 0,52 490 70,35 0,48 500 74,46 0,45 510 77,69 0,43 520 80,00 0,42 530 81,38 0,41
7.7 За зразком (рис.4) будується в тонких лініях теоретична індикаторна діаграмарозрахункового циклу ДВЗ
Використовуючинаступні розрахункові показники: Рa=0,087 МПа; Рc =1,17 МПа; Рz= 4,45 МПа; Рzд =3,78 МПа; Рв= 0,41 МПа; Рс190°… Рс350° — пункт 7.3; Рb 10°… Рb 170° — пункт 7.6; S =82 мм;Hс =14,11мм; Hz =14,11мм
7.8 Проводиться уточнення індикаторної діаграми
Враховуючизначення тисків Рк (пункт 2.3) та Рr (пункт 2.5) та будують лініїпроцесів газообміну. Для проведення округлення індикаторної діаграми навколоточок c, z, b та r необхідні значення тиску в камері згоряння для характернихточок с" та b":
/>;
/>;
/>=0,12 МПа
/> МПа
/> МПа
На графікутеоретичної індикаторної діаграми товстими лініями будується дійсна індикаторнадіаграма циклу.
/>
Рис. 4. Індикаторна діаграма
8. Динамічнийрозрахунок кривошипно-шатунного механізму
Заповнюють таблицюРезультатів динамічногорозрахунку КШМ для кутів повороту колінчастого валу від 0° до 720° зкроком 10° за наступною формою. Таблиця 8.1
Результатидинамічного розрахунку КШМ
Кут φ,
град
Тиск Ргкз,
Мпа
Прискор
Jп, м/c2 Pr, кН Pj, кН P, кН N, кН S, кН K, кН T, кН 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,08034 12545,20 -6,089643 -0,53 10 0,08034 12230,59 -0,07081 -5,940301 -0,2705 -0,01217 -0,27077 -0,26717 -0,41 20 0,08034 11312,24 -0,07081 -5,746013 -0,5177 -0,04608 -0,51977 -0,47059 -0,1 30 0,08034 9859,74 -0,07081 -4,813717 -0,63987 -0,08382 -0,64563 -0,51254 0,073 40 0,08034 7983,84 -0,07081 -3,92008 -0,67446 -0,11398 -0,6839 -0,44312 0,316 50 0,08034 5823,72 -0,07081 -2,888714 -0,59782 -0,12076 -0,60978 -0,29174 0,48 60 0,08034 3528,34 -0,07081 -1,788228 -0,42758 -0,09834 -0,4387 -0,1287 0,54 70 0,08034 1249,62 -0,07081 -0,690159 -0,19024 -0,04756 -0,19614 -0,02036 0,513 80 0,08034 -877,18 -0,07081 0,3416966 0,071243 0,018737 0,073665 -0,00606 0,418 90 0,08034 -2744,26 -0,07081 1,256593 0,316604 0,084533 0,327685 -0,08453 0,29 100 0,08034 -4280,07 -0,07081 2,0197317 0,512566 0,134805 0,529993 -0,22143 0,176 110 0,08034 -5454,22 -0,07081 2,6156467 0,636209 0,159052 0,655931 -0,36709 0,08 120 0,08034 -6272,60 -0,07081 3,0448216 0,684022 0,157325 0,701807 -0,47813 0,02 130 0,08034 -6776,37 -0,07081 3,3246552 0,657276 0,13277 0,670422 -0,52451 140 0,08034 -7031,19 -0,07081 3,4841458 0,576853 0,097488 0,584929 -0,50475 0,02 150 0,08034 -7115,48 -0,07081 3,5571249 0,456707 0,059829 0,460817 -0,42519 0,080 160 0,08034 -7107,64 -0,07081 3,5788736 0,312218 0,027787 0,313466 -0,30285 -0,53 170 0,08034 -7073,34 -0,07081 3,5788736 0,157863 0,007104 0,158021 -0,15676 -0,41 180 0,08034 -7073,34 -0,07081 3,5764571 -0,19 190 0,08087 -7073,34 -0,0678 3,5788736 -0,158 0,00711 -0,15816 0,156892 0,073 200 0,08251 -7107,64 -0,0586 3,5788736 -0,3133 0,027884 -0,31456 0,303905 0,316
Результати розрахунків,за пунктами 7.3...7.8, біжучих значень тиску Ргк.з в камері згоряння заносять у стовпчик 2 таблиці.
У стовпчик 3 вносятьзначення прискорення поршня (пункт 6.6) для кутів 0°...360° без змін.Для кутів 360°… 720°приймають та підставляють значення прискорення для кута, зменшеного на 360°. Наприклад: для кута 520° у таблицю вносимо прискорення для кута j = 520°-360° = 160°.
Зусилля, що діє напоршень двигуна внутрішнього згоряння, визначають за формулою: />, кН. Значення Ргк.здля всіх кутів приведені у стовпчику 2 (табл. 8.1); Р0 — тискнавко лишнього середовища згідно пункту 2.1;
D — округленезначення діаметра циліндра згідно пункту 4.2. Значення зусилля Рг визначають для кожного кута в інтервалі 0°… 720° i вносять устовпчик 4 таблиці.
З таблиці А-1визначають значення мас: поршневої групи mп,шатунної групи mш, та маси неврівноваженоїодного коліна валу без противаг mк:
mп=0,73 кг; mш=0,93 кг; mк=0,86 кг
Маса шатунної групи,зосереджена на осі поршневого пальця
mш.п.=0,275·mш, кг.
mш.п.=0,275·0,93=0,26кг
Маса шатунної групи,зосереджена на осі кривошипа
mш.к.=0,725·mш, кг.
mш.к.=0,725·0,93=0,26кг
Маса, що здійснюєзворотно-поступальний рух
/>, кг.
mj=0,73+0,26=0,99кг
Маса, що здійснюєобертальний рух
для V-подібногодвигуна
mR= mк+2·mш.к ;
mR=0,86+2·0,26=1,12кг
Силу інерції зворотно-поступальногоруху визначають за формулою
Pj=- mj·jп·10¯³, кН.
Результати розрахунківсили інерції для інтервалу кутів 0°...720° вносять у стовпчик 5 таблиці.
Сумарна сила, що дієна поршень уздовж осі циліндра
/>, кН.
Результати вносять устовпчик 6 таблиці.
Сила, що дієперпендикулярно осі циліндра />, кН.
Результати вносять устовпчик 7. Значення множника /> берутьз таблиці D-4 додатку D. /> 8.13.Сила, що діє вздовж осі шатуна />, кН.
Результати вносять устовпчик 8. Значення множника /> беруть зтаблиці D-5 додатку D. />
Сила, що діє вздовжкривошипа
/>, кН.
Результати вносять устовпчик 9. Значення множника
/>
беруть з таблиці D-6додатку D. />
Тангенціальна сила,прикладена до кривошипа
/>, кН.
Результати вносять устовпчик 10. Значення множника
/>
беруть з таблиці D-7додатку D. />
У вiдповiдностi зрис.5 будують графічні залежності для Рj та Р за даними таблиці стовпчики 5 та 6.
Нижче в тому ж масштабібудують графіки залежностей для N та S, стовпчики 7 та 8.
Під графіками для Nта S будують графіки залежностей сил К та Т, стовпчики 9 та 10.
/>
˚ />
Схема сил, що діютьна КШМ.
Висновки
Під час виконання даногокурсового проекту були проведені слідуючі розрахунки:
— розрахунокіндикаторних та ефективних показників дійсного тиску;
— розрахунок основнихпараметрів циліндра та тепловий баланс двигуна в цілому;
— кінематичний розрахуноккривошипно-шатунного механізму;
Динамічний розрахуноккривошипно-шатунного механізму; Були побудовані:
зовнішня швидкіснахарактеристика двигуна;
індикаторна діаграмациклу двигуна;
діаграми залежностей Ne=f(P0)та Мe=f(P0);
поверхневі діаграми.
Визначаємо зокрема:ефективна потужність Ne=53,26 кВт; номінальний ефективний крутниймомент Ме=113,08, min та min частоту обертання двигуна: nmin=900об/хв, nmax=4950 об/хв. Визначено типові витрати палива такоефіцієнт наповнення, які зображенні в таблицях: n
ge
ηv 900 386,32 0,68 1800 347,39 0,82 2700 332,41 0,78 3600 341,40 0,75 4500 374,34 0,71 4950 399,79 0,68
Провіривши повторнийрозрахунок теплового балансу з наддувом було визначено, що із збільшенням тискунаддуву зростає ефективна потужність Ne та крутний момент Ме,що підвищує ефективність двигуна та зменшує витрати палива. Цю залежністьграфічно зображено на поверхневих діаграмах.