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 [pic]=100 [кВт]
4 Номинальная частота вращения n=3200 [[pic]]
5 Число и расположение цилиндров[pic]V- 8
6 Степень сжатия - e=7.5
7 Тип камеры сгорания - полуклиновая .
8 Коэффицент избытка воздуха - a=0.9[pic]
9 Прототип - ЗИЛ-130[pic]
=================================================
Решение:
1 Характеристика топлива.
Элементарный состав бензина в весовых массовых долях:
С=0.855 ; Н=0.145
Молекулярная масса и низшая теплота сгорания :
[pic]=115[кг/к моль] ; Hu=44000[кДж/кг]
2 Выбор степени сжатия.
e=7.5 ОЧ=75-85
3 Выбор значения коэффицента избытка воздуха.
a=0.85-0.95 a=0.9
4 Расчёт кол-ва воздуха необходимого для сгорания 1 кг топлива
[pic]
5 Количество свежей смеси
[pic]
6 Состав и количество продуктов сгорания
[pic] Возьмём к=0.47
[pic]
7 Теоретический коэффициент молекулярного изменения смеси
[pic] [pic]
8 Условия на впуске
P0=0.1 [MПа] ; T0=298 [K]
9 Выбор параметров остаточных газов
Tr=900-1000 [K] ; Возьмём Tr=1000 [K]
Pr=(1.05-1.25)P0 [MПа] ; Pr=1.2*P0=0.115 [Mпа]
10 Выбор температуры подогрева свежего заряда
[pic] ; Возьмём [pic]
11 Определение потерь напора во впускной системе
[pic]
Наше значение входит в этот интервал.
12 Определение коэффициента остаточных газов
[pic] ; [pic]
[pic] [pic]
13 Определение температуры конца впуска
[pic] [pic] [pic]
[pic]
14 Определение коэффициента наполнения
[pic][pic] ; [pic]
[pic] ; [pic]
15 Выбор показателя политропы сжатия
[pic] Возьмём [pic]
16 Определение параметров конца сжатия
[pic] ; [pic]
[pic] ; [pic]
17 Определение действительного коэф-та молекулярного изменения
[pic] ; [pic]
18 Потери теплоты вследствие неполноты сгорания
[pic] ; [pic]
19 Теплота сгорания смеси
[pic] ; [pic]
20 Мольная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре конца сжатия
[pic] ; [pic]
22 Мольная теплоёмкость при постоянном объёме рабочей смеси в конце сжатия
[pic]
23 Мольная теплоёмкость при постоянном объёме рабочей смеси
[pic] , где
[pic]
24 Температура конца видимого сгорания
[pic] ; [pic]
[pic] ; [pic] Возьмём [pic]
[pic]
[pic]
25 Характерные значения Тz
[pic] ; [pic]
26 Максимальное давление сгорания и степень повышения давления
[pic] ; [pic]
[pic]
27 Степень предварительного -p и последующего -d расширения
[pic] ; [pic]
28 Выбор показателя политропы расширения n2
[pic] ; Возьмём [pic]
29 Определение параметров конца расширения
[pic] ; [pic]
[pic]
30 Проверка правильности выбора температуры остаточных газов Тr
[pic]
31 Определение среднего индикаторного давления
[pic]
[pic] ; Возьмём [pic] ; [pic]
32 Определение индикаторного К.П.Д.
[pic][pic] ; [pic]
Наше значение входит в интервал .
33 Определение удельного индикаторного расхода топлива
[pic]
34 Определение среднего давления механических потерь
[pic] [pic] ; [pic]
[pic] ; Возьмём [pic]
[pic]
35 Определение среднего эффективного давления
[pic] ; [pic]
36 Определение механического К.П.Д.
[pic]
37 Определение удельного эффективного расхода топлива
[pic] ; [pic]
38 Часовой расход топлива
[pic]
39 Рабочий объём двигателя
[pic]
40 Рабочий объём цилиндра
[pic]
41 Определение диаметра цилиндра
[pic] ; [pic]- коэф. короткоходности
k=0.7-
1.0 ; Возьмём k =0.9
42 Ход поршня
[pic]
43 Проверка средней скорости поршня
[pic]
44 Определяются основные показатели двигателя
[pic]
45 Составляется таблица основных данных двигателя
| | Ne |iVh |Nл |e |n |Pe |ge |S |D |GT |
|Единиц|кВт |Л |вВт/л| |мин-1|МПа |г/кВт|мм |мм |кг/ч |
|ы | | | | | | |.ч | | | |
|измере| | | | | | | | | | |
|ния | | | | | | | | | | |
|Проект|110.9|4.777|20.8 |7.5 |3200 |0.785|330.2|88 |98 |33.02|
|Протат|110.3|5.969|18.5 |7.1 |3200 |0.7 |335 |95 |100 | |
|ип | | | | | | | | | | |
*****************************************************************
Построение индикаторной диаграммы
Построение производится в координатах : давление (Р) -- ход поршня (S).
1 Рекомендуемые масштабы
а) масштаб давления : mp=0.025 (Мпа/мм)
б) масштаб перемещения поршня : ms=0.75 (мм*S/мм)
2 [pic]
3 [pic]
4 [pic]
5 [pic]
6 [pic]
7 Строим кривые линии политроп сжатия и расширения
[pic]
Расчёт производится по девяти точкам.
[pic]
[pic]
| | | | Политропа сжатия| Политропа расширения|
| № |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|точ| | | | | | | | |
|ек | | | | | | | | |
|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 : [pic]
Продолжительность задержки воспламенения (f-e) составляет по углу
поворота коленвала : [pic]
С учётом повышения давления от начавшегося до ВМТ сгорания давление конца
сжатия Pcl (точка сl) составляет:
[pic]
Максимальное давление рабочего цикла Pz достигает величины[pic]
Это давление достигается после прохождения поршнем ВМТ при повороте
коленвала на угол [pic]
[pic]
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:[pic]
Определяем положение точек : [pic]
[pic]
Динамический расчёт
Выбор масштабов:
Давления [pic]
Угол поворота коленвала [pic]
Ход поршня [pic]
Диаграмма удельных сил инерции Pj возвратно-поступательных движущехся масс
КШМ
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Диаграмма суммарной силы [pic] ,действующей на поршень
[pic] ; [pic]избыточное давление газов
Диаграмма сил N,K,T
Аналитическое выражение сил:
[pic]
[pic]угол поворота кривошипа
[pic]угол отклонения шатуна
Полярная диаграмма силы Rшш ,действующей на шатунную шейку коленвала.
Расстояние смещения полюса диаграммы
[pic]
Расстояние от нового полюса Пшш до любой точки диаграммы равно
геометрической сумме векторов Krш и S
[pic]
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:
[pic]
Сила инерции 2-го порядка пары цилиндров:
[pic]
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 Мкр
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 Мкр :
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:
[pic]
Схема пространственного коленчатого вала 8 цилиндрового V-образного
двигателя
|№ |j |Pr|[pic] |Pj |PS |tgb |N |[pic]|K |[pic] |T |
| | | | | | | | |[pic]| | | |
|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.|0.613 |-20 |
| | | | | | | | | |1 | | |
|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 |-0.26|-1.9|1 |7.2 |
| | | | | | | | |7 | | | |
|4 |120 |-1|-0.630 |20 |19 |0.230|4.4 |-0.69|-13.|0.751 |14.2|
| | | | | | | | |9 |3 | | |
|5 |150 |-1|-0.736 |23.3 |22.3 |0.131|3 |-0.93|-20.|0.387 |8.6 |
| | | | | | | | |1 |7 | | |
|6 |180 |-1|-0.740 |23.5 |22.5 |0 |0 |-1 |-22.|0 |0 |
| | | | | | | | | |5 | | |
|7 |210 |0 |-0.736 |23.3 |23.3 |-0.13|-3 |-0.93|-21.|-0.387 |-9 |
| | | | | | |1 | |1 |7 | | |
|8 |240 |1 |-0.630 |20 |21 |-0.23|-4.8 |-0.69|-14.|-0.751 |-15.|
| | | | | | |0 | |9 |7 | |7 |
|9 |270 |2 |-0.260 |8.2 |10.2 |-0.26|-2.7 |-0.26|-2.7|-1 |-10.|
| | | | | | |7 | |7 | | |2 |
|10|300 |8 |0.370 |-11.8|-3.8 |-0.23|0.9 |0.301|-1.1|-0.981 |3.7 |
| | | | | | |0 | | | | | |
|11|330 |24|0.996 |-31.6|-7.6 |-0.13|1 |0.801|-6.1|-0.613 |4.6 |
| | | | | | |1 | | | | | |
|12|360 |54|1.260 |-40 |14 |0 |0 |1 |14 |0 |0 |
|12|370 |16|1.229 |-39 |130 |0.045|5.8 |0.977|127 |0.218 |28.3|
|’ | |9 | | | | | | | | | |
|12|380 |15|1.139 |-36.1|115.9|0.089|10.3 |0.909|105.|0.426 |49.4|
|’’| |2 | | | | | | |3 | | |
|13|390 |10|0.996 |-31.6|74.4 |0.131|9.7 |0.801|59.6|0.613 |45.6|
| | |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 |-0.26|-8.6|1 |32.2|
| | | | | | | | |7 | | | |
|16|480 |15|-0.630 |20 |35 |0.230|8 |-0.69|-24.|0.751 |26.3|
| | | | | | | | |9 |5 | | |
|17|510 |10|-0.736 |23.3 |33.3 |0.131|4.4 |-0.93|-31 |0.387 |12.9|
| | | | | | | | |1 | | | |
|18|540 |6 |-0.740 |23.5 |29.5 |0 |0 |-1 |-29.|0 |0 |
| | | | | | | | | |5 | | |
|19|570 |2 |-0.736 |23.3 |25.3 |-0.13|-3.3 |-0.93|-23.|-0.387 |-9.8|
| | | | | | |1 | |1 |5 | | |
|20|600 |1 |-0.630 |20 |21 |-0.23|-4.8 |-0.69|-14.|-0.751 |-15.|
| | | | | | |0 | |9 |7 | |8 |
|21|630 |1 |-0.260 |8.2 |9.2 |-0.26|-2.4 |-0.26|-2.4|-1 |-9.2|
| | | | | | |7 | |7 | | | |
|22|660 |1 |0.370 |-11.8|-10.8|-0.23|2.5 |0.301|-3.2|-0.981 |10.6|
| | | | | | |0 | | | | | |
|23|690 |1 |0.996 |-31.6|-30.6|-0.13|4 |0.801|-24.|-0.613 |18.7|
| | | | | | |1 | | |5 | | |
|24|720 |1 |1.260 |-40 |-39 |0 |0 |1 |-39 |0 |0 |
