Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

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 |