Тепловой и динамический расчёт 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)P₀ [MПа] ; P_r =1.2*P₀ =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 n₂

; 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

*****************************************************************

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 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 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 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 

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

№		Pr		Pj	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