* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Тепловой и динамический расчет двигателя внут реннего 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 сгоран ия 1 кг топлива
5 Количество свежей смеси
6 Состав и количество продуктов сгорания
Возьмём к=0.47
7 Теоретический коэффициент молекулярного изм енения 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 систем е
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 мо лекулярного изменения
;
18 Потери теплоты вследствие неполноты сгорани я
;
19 Теплота сгорания смеси
;
20 Мольная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре конца сжатия
;
22 Мольная теплоёмкость при постоянном объёме р абочей смеси в конце сжатия
23 Мольная теплоёмкость при постоянном объёме р абочей смеси
, где
24 Температура конца видимого сгорания
; ; Возьмём
25 Характерные значения Т z
;
26 Максимальное давление сгорания и степень пов ышения давления
;
27 Степень предварительного -p и последующего -d ра сширения
;
28 Выбор показателя политропы расширения n 2
; Возьмём
29 Определение параметров конца расширения
;
30 Проверка правильности выбора температуры ос таточных газов Т r
31 Определение среднего индикаторного давления
; Возьмём ;
32 Определение индикаторного К. П. Д.
; Наше значение входи т 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 двигат еля
N e iV h N л e n P e g e S D G T Единицы и змерения 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 Прота тип 110.3 5.969 18.5 7.1 3200 0.7 335 95 100 Построе ние индикаторной диаграммы
Построение производится в координатах: давлени е (Р) -- ход поршня (S) .
1 Рекомендуемые масштабы а) масштаб давления: m p =0.025 (Мпа/мм) б) масштаб пере мещения поршня: m s =0.75 (мм*S/м м) 2 3 4 5 6 7 Строим кривые линии пол итроп сжатия и расширения Расчёт производится по д евяти 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 заде ржки воспламенения (f-e) составляет по углу поворота коленвала: С учётом повышения давле ния от начавшегося до ВМТ сгорания давление конца сжатия P c l (точка с l) составляет: Максимальное давление р абочего цикла P z достига ет величины Это давление достигается после прохождения порш нем ВМТ при повороте коленвала на угол Моменты открытия и закры тия клапанов определяются по диаграммам фаз газораспределения двигате лей-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 ЗИ Л-130. Его характеристики: Определяем положен ие точек:
Динамический расчёт
Выбор масштабов: Давления Угол поворота колен вала Ход поршня Диаграмма удельных сил и нерции P j возвратно-пост упательных движущихся масс КШМ
Диаграмма суммарной силы , действующей на поршен ь
; избыточное давление газ ов
Диаграмма сил N, K, T
Аналитическое выражение сил: угол поворота кривошипа угол отклонения шатуна
Полярная диаграмма силы R шш , действующей на шатунную шей ку коленвала.
Расстояние смещения полюса диаграммы Расстояние от новог о полюса П шш до любой то чки диаграммы равно геометрической сумме векторов K rш и S
Анализ уравновешенности двигателя
У 4 х тактного V-образного 8 ми цилиндрового двигателя коленвал несимметричный. Тако й двигатель рассматривают как четыре 2 ух цилиндровых V-образных двигателя, последовательно р азмещённых по оси коленвала.
Равнодействующая сил инерции I порядка каждой па ры 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 абсолю тному значению, но попарно отличаются лишь знаками. Их геометрическая су мма = 0.
Моменты от сил инерции II порядка, возникающие от 1- й и 2-й пар цилиндров, равны по значению и противоположены по знаку;точно т ак же от 2-й и 3-й пар цилиндров.
Диаграмма суммарного индикаторного крутящег о момента М кр
Величина суммарного крутящего момента от всех ц илиндров получается графическим сложением моментов от каждого цилиндр а, одновременно действующих на коленвал при данном значении угла j.
Последовательность построения М кр : На нулевую вертикаль надо нане сти результирующую суммирования ординат 0+3+6+9+12+15+18+21 точек, на первую 1+4+7+10+13+16+19+22 то чек и т.д.
Потом сравнивается со значением момента получе нного теоретически.
Проверка правильности построения диаграммы:
Схема пространственного коленчатого вала 8 цили ндрового 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