Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

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 - 6 Степень сжатия - e=7.5 7 Тип камеры сгорания - полуклиновая.

8 Коэффициент избытка воздуха - a=9 Прототип - ЗИЛ-130 = Решение: 1 Характеристика топлива. Элементарный состав бензина в весовых массовых долях: С=0.855 ; Н=5 Молекулярная масса и низшая теплота сгорания: =115[кг/к моль] ; Hu=44000[кДж/кг] 2 Выбор степени сжатия. e=7.5 ОЧ=75-3 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=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 33.02 Протатип 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) 7 Строим кривые линии политроп сжатия и расширения Расчёт производится по девяти точкам. Политропа сжатия Политропа расширения № точек 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