Тепловой и динамический расчет 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)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 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 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>

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

110.9

4.777

20.8

7.5

3200

0.785

330.2

88

98

33.02

Протатип

110.3

5.969

18.5

7.1

3200

0.7

335

95

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)

2

3

4

5

6

7 Строим кривые линии политроп сжатия и расширения

Расчёт производится по девяти 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 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 сl) 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 4х тактного V-образного 8ми цилиндрового двигателя коленвал несимметричный.Такой двигатель рассматривают как четыре 2ух 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

P>r>

P>j>

P>>

tg

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