Реферат: Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания
МАДИ (ТУ)
Кафедра : Автотракторные двигатели
Тепловой и динамический расчёт двигателявнутреннего 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 <img src="/cache/referats/1119/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">=100[кВт]
4 Номинальная частота вращения n=3200 [<img src="/cache/referats/1119/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">]
5 Число и расположение цилиндров<img src="/cache/referats/1119/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">V- 8
6 Степень сжатия — e=7.5
7 Тип камеры сгорания - полуклиновая .
8 Коэффицент избытка воздуха - a=0.9<img src="/cache/referats/1119/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1028">
9 Прототип - ЗИЛ-130<img src="/cache/referats/1119/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1029">
=================================================
Решение:
1 Характеристика топлива.
Элементарный состав бензина в весовыхмассовых долях:
С=0.855 ; Н=0.145
Молекулярнаямасса и низшая теплота сгорания:
<img src="/cache/referats/1119/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1030">[кг/кмоль] ; Hu=44000[кДж/кг]
2 Выбор степени сжатия.
e=7.5 ОЧ=75-85
3 Выбор значения коэффицентаизбытка воздуха.
a=0.85-0.95 a=0.9
4 Расчёт кол-ва воздуха необходимогодля сгорания 1 кг топлива
<img src="/cache/referats/1119/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1031">
5 Количество свежей смеси
<img src="/cache/referats/1119/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1032">
6 Состав и количествопродуктов сгорания
<img src="/cache/referats/1119/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> Возьмёмк=0.47
<img src="/cache/referats/1119/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1034">
7 Теоретический коэффициентмолекулярного изменения смеси
<img src="/cache/referats/1119/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> <img src="/cache/referats/1119/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1036">
8 Условия на впуске
P0=0.1 [MПа] ; T0=298 [K]
9 Выбор параметровостаточных 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 температурыподогрева свежего заряда
<img src="/cache/referats/1119/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> ; Возьмём <img src="/cache/referats/1119/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1038">
11 Определение потерь напораво впускной системе
<img src="/cache/referats/1119/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1039">
Нашезначение входит в этот интервал.
12 Определение коэффициентаостаточных газов
<img src="/cache/referats/1119/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> ; <img src="/cache/referats/1119/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1041">
<img src="/cache/referats/1119/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> <img src="/cache/referats/1119/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1043">
13 Определение температурыконца впуска
<img src="/cache/referats/1119/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> <img src="/cache/referats/1119/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> <img src="/cache/referats/1119/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1046">
<img src="/cache/referats/1119/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1047">
14 Определение коэффициента наполнения
<img src="/cache/referats/1119/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><img src="/cache/referats/1119/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1049"> ; <img src="/cache/referats/1119/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1050">
<img src="/cache/referats/1119/image048.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> ; <img src="/cache/referats/1119/image050.gif" v:shapes="_x0000_i1052">
15 Выбор показателяполитропы сжатия
<img src="/cache/referats/1119/image052.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> Возьмём <img src="/cache/referats/1119/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1054">
16 Определение параметровконца сжатия
<img src="/cache/referats/1119/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> ; <img src="/cache/referats/1119/image058.gif" v:shapes="_x0000_i1056">
<img src="/cache/referats/1119/image060.gif" v:shapes="_x0000_i1057"> ; <img src="/cache/referats/1119/image062.gif" v:shapes="_x0000_i1058">
17 Определениедействительного коэф-та молекулярного изменения
<img src="/cache/referats/1119/image064.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> ; <img src="/cache/referats/1119/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1060">
18 Потери теплоты вследствиенеполноты сгорания
<img src="/cache/referats/1119/image068.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> ; <img src="/cache/referats/1119/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1062">
19 Теплота сгорания смеси
<img src="/cache/referats/1119/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> ; <img src="/cache/referats/1119/image074.gif" v:shapes="_x0000_i1064">
20 Мольная теплоёмкостьпродуктов сгорания при температуре конца сжатия
<img src="/cache/referats/1119/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1065"> ; <img src="/cache/referats/1119/image078.gif" v:shapes="_x0000_i1066">
22 Мольная теплоёмкость припостоянном объёме рабочей смеси в конце сжатия
<img src="/cache/referats/1119/image080.gif" v:shapes="_x0000_i1067">
23 Мольная теплоёмкость припостоянном объёме рабочей смеси
<img src="/cache/referats/1119/image082.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> , где
<img src="/cache/referats/1119/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1069">
24 Температура концавидимого сгорания
<img src="/cache/referats/1119/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> ; <img src="/cache/referats/1119/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1071">
<img src="/cache/referats/1119/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> ; <img src="/cache/referats/1119/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> Возьмём <img src="/cache/referats/1119/image094.gif" v:shapes="_x0000_i1074">
<img src="/cache/referats/1119/image096.gif" v:shapes="_x0000_i1075">
<img src="/cache/referats/1119/image098.gif" v:shapes="_x0000_i1076">
25 Характерные значения Тz
<img src="/cache/referats/1119/image100.gif" v:shapes="_x0000_i1077"> ; <img src="/cache/referats/1119/image102.gif" v:shapes="_x0000_i1078">
26 Максимальное давление сгорания и степеньповышения давления
<img src="/cache/referats/1119/image104.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> ; <img src="/cache/referats/1119/image106.gif" v:shapes="_x0000_i1080">
<img src="/cache/referats/1119/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1081">
27 Степень предварительного -p и последующего -d расширения
<img src="/cache/referats/1119/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1082"> ; <img src="/cache/referats/1119/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1083">
28 Выбор показателя политропы расширения n2
<img src="/cache/referats/1119/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1084"> ; Возьмём <img src="/cache/referats/1119/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1085">
29 Определение параметровконца расширения
<img src="/cache/referats/1119/image118.gif" v:shapes="_x0000_i1086"> ; <img src="/cache/referats/1119/image120.gif" v:shapes="_x0000_i1087">
<img src="/cache/referats/1119/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1088">
30 Проверка правильности выбора температурыостаточных газов Тr
<img src="/cache/referats/1119/image124.gif" v:shapes="_x0000_i1089">
31 Определение среднего индикаторного давления
<img src="/cache/referats/1119/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1090">
<img src="/cache/referats/1119/image128.gif" v:shapes="_x0000_i1091"> ; Возьмём <img src="/cache/referats/1119/image130.gif" v:shapes="_x0000_i1092"> ; <img src="/cache/referats/1119/image132.gif" v:shapes="_x0000_i1093">
32 Определение индикаторного К.П.Д.
<img src="/cache/referats/1119/image134.gif" v:shapes="_x0000_i1094"><img src="/cache/referats/1119/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1095"> ; <img src="/cache/referats/1119/image136.gif" v:shapes="_x0000_i1096">
Наше значение входит в интервал .
33 Определение удельного индикаторного расходатоплива
<img src="/cache/referats/1119/image138.gif" v:shapes="_x0000_i1097">
34 Определение среднего давления механическихпотерь
<img src="/cache/referats/1119/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1098"> <img src="/cache/referats/1119/image142.gif" v:shapes="_x0000_i1099"> ; <img src="/cache/referats/1119/image144.gif" v:shapes="_x0000_i1100">
<img src="/cache/referats/1119/image146.gif" v:shapes="_x0000_i1101"> ; Возьмём <img src="/cache/referats/1119/image148.gif" v:shapes="_x0000_i1102">
<img src="/cache/referats/1119/image150.gif" v:shapes="_x0000_i1103">
35 Определение среднего эффективного давления
<img src="/cache/referats/1119/image152.gif" v:shapes="_x0000_i1104"> ; <img src="/cache/referats/1119/image154.gif" v:shapes="_x0000_i1105">
36 Определение механического К.П.Д.
<img src="/cache/referats/1119/image156.gif" v:shapes="_x0000_i1106">
37 Определение удельного эффективного расходатоплива
<img src="/cache/referats/1119/image158.gif" v:shapes="_x0000_i1107"> ; <img src="/cache/referats/1119/image160.gif" v:shapes="_x0000_i1108">
38 Часовой расход топлива
<img src="/cache/referats/1119/image162.gif" v:shapes="_x0000_i1109">
39 Рабочий объём двигателя
<img src="/cache/referats/1119/image164.gif" v:shapes="_x0000_i1110">
40 Рабочий объём цилиндра
<img src="/cache/referats/1119/image166.gif" v:shapes="_x0000_i1111">
41 Определение диаметра цилиндра
<img src="/cache/referats/1119/image168.gif" v:shapes="_x0000_i1112"> ; <img src="/cache/referats/1119/image170.gif" v:shapes="_x0000_i1113">- коэф. короткоходности
k=0.7-1.0 ; Возьмём k =0.9
42 Ход поршня
<img src="/cache/referats/1119/image172.gif" v:shapes="_x0000_i1114">
43 Проверка средней скорости поршня
<img src="/cache/referats/1119/image174.gif" v:shapes="_x0000_i1115">
44 Определяются основные показатели двигателя
<img src="/cache/referats/1119/image176.gif" v:shapes="_x0000_i1116">
45 Составляется таблица основных данныхдвигателя
Ne
iVh
Nл
e
n
Pe
ge
S
D
GT
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
Построениепроизводится 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 <img src="/cache/referats/1119/image178.gif" v:shapes="_x0000_i1117">
3 <img src="/cache/referats/1119/image180.gif" v:shapes="_x0000_i1118">
4 <img src="/cache/referats/1119/image182.gif" v:shapes="_x0000_i1119">
5 <img src="/cache/referats/1119/image184.gif" v:shapes="_x0000_i1120">
6 <img src="/cache/referats/1119/image186.gif" v:shapes="_x0000_i1121">
7 Строим кривые линии политроп сжатия ирасширения
<img src="/cache/referats/1119/image188.gif" v:shapes="_x0000_i1122">
Расчётпроизводится по девяти точкам.
<img src="/cache/referats/1119/image190.gif" v:shapes="_x0000_i1123">
<img src="/cache/referats/1119/image192.gif" v:shapes="_x0000_i1124">
Политропа сжатия
Политропа расширения
№
точек
<img src="/cache/referats/1119/image194.gif" v:shapes="_x0000_i1125">
<img src="/cache/referats/1119/image196.gif" v:shapes="_x0000_i1126">
<img src="/cache/referats/1119/image198.gif" v:shapes="_x0000_i1127">
<img src="/cache/referats/1119/image200.gif" v:shapes="_x0000_i1128">
<img src="/cache/referats/1119/image202.gif" v:shapes="_x0000_i1129">
<img src="/cache/referats/1119/image204.gif" v:shapes="_x0000_i1130">
<img src="/cache/referats/1119/image206.gif" v:shapes="_x0000_i1131">
<img src="/cache/referats/1119/image208.gif" v:shapes="_x0000_i1132">
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, соответствующейреальному (действительному)
циклу.
Уголопережения зажигания : <img src="/cache/referats/1119/image210.gif" v:shapes="_x0000_i1133">
Продолжительностьзадержки воспламенения (f-e) составляет по углу
поворотаколенвала : <img src="/cache/referats/1119/image212.gif" v:shapes="_x0000_i1134">
Сучётом повышения давления от начавшегося до ВМТ сгорания давление конца сжатияPcl (точка сl) составляет:
<img src="/cache/referats/1119/image214.gif" v:shapes="_x0000_i1135">
Максимальноедавление рабочего цикла Pz достигает величины<img src="/cache/referats/1119/image216.gif" v:shapes="_x0000_i1136">
Этодавление достигается после прохождения поршнем ВМТ при повороте коленвала наугол <img src="/cache/referats/1119/image218.gif" v:shapes="_x0000_i1137">
<img src="/cache/referats/1119/image220.gif" v:shapes="_x0000_i1138">
Моментыоткрытия и закрытия клапанов определяются по диаграммам фаз газораспределениядвигателей-протатипов, имеющих то же число и расположение цилиндров и примерно такуюже среднюю скорость поршня, что и проектируемый двигатель.
Внашем случае прототипом является двигатель ЗИЛ-130. Его характеристики:<img src="/cache/referats/1119/image222.gif" v:shapes="_x0000_i1139">
Определяемположение точек: <img src="/cache/referats/1119/image224.gif" v:shapes="_x0000_i1140">
<img src="/cache/referats/1119/image226.gif" v:shapes="_x0000_i1141">
Динамический расчёт
Выбормасштабов:
Давления <img src="/cache/referats/1119/image228.gif" v:shapes="_x0000_i1142">
Уголповорота коленвала <img src="/cache/referats/1119/image230.gif" v:shapes="_x0000_i1143">
Ходпоршня <img src="/cache/referats/1119/image232.gif" v:shapes="_x0000_i1144">
Диаграммаудельных сил инерции Pj возвратно-поступательных движущехся масс КШМ
<img src="/cache/referats/1119/image234.gif" v:shapes="_x0000_i1145">
<img src="/cache/referats/1119/image236.gif" v:shapes="_x0000_i1146">
<img src="/cache/referats/1119/image238.gif" v:shapes="_x0000_i1147">
<img src="/cache/referats/1119/image240.gif" v:shapes="_x0000_i1148">
Диаграмма суммарнойсилы <img src="/cache/referats/1119/image242.gif" v:shapes="_x0000_i1149"> , действующей напоршень
<img src="/cache/referats/1119/image244.gif" v:shapes="_x0000_i1150"> ; <img src="/cache/referats/1119/image246.gif" v:shapes="_x0000_i1151">
Диаграмма сил N,K,T
Аналитическоевыражение сил:
<img src="/cache/referats/1119/image248.gif" v:shapes="_x0000_i1152">
<img src="/cache/referats/1119/image250.gif" v:shapes="_x0000_i1153">
<img src="/cache/referats/1119/image252.gif" v:shapes="_x0000_i1154">
Полярная диаграмма силы Rшш, действующей на шатунную шейку коленвала.
Расстояниесмещения полюса диаграммы
<img src="/cache/referats/1119/image254.gif" v:shapes="_x0000_i1155">
Расстояниеот нового полюса Пшш до любой точки диаграммы равно геометрическойсумме векторов Krш и S
<img src="/cache/referats/1119/image256.gif" v:shapes="_x0000_i1156">
Анализ уравновешенностидвигателя
У 4хтактного V-образного 8ми цилиндрового двигателя коленвалнесимметричный.Такой двигатель рассматривают как четыре 2ухцилиндровых V-образных двигателя, последовательно размещённых по оси коленвала.
Равнодействующаясил инерции I порядка каждой пары цилиндров, будучи направлена по радиусукривошипа, уравновешивается противовесом, т.е. в двигателе с противовесами:
<img src="/cache/referats/1119/image258.gif" v:shapes="_x0000_i1157">
Силаинерции 2-го порядка пары цилиндров:
<img src="/cache/referats/1119/image260.gif" v:shapes="_x0000_i1158">
Всеэти силы лежат в одной плоскости, равны по абсолютному значению, но попарноотличаются лишь знаками.Их геометрическая сумма = 0.
Моментыот сил инерции II порядка, возникающие от 1-й и 2-й пар цилиндров, равны позначению и противоположены по знаку; точно так же от 2-й и 3-й пар цилиндров.
Диаграмма суммарногоиндикаторного крутящего момента Мкр
Величинасуммарного крутящего момента от всех цилиндров получается графическим сложениеммоментов от каждого цилиндра, одновременно действующих на коленвал при данномзначении угла j .
Последовательностьпостроения Мкр :
Нанулевую вертикаль надо нанести результирующую суммирования ординат 0+3+6+9+12+15+18+21точек, на первую 1+4+7+10+13+16+19+22
точеки т.д.
Потомсравнивается со значением момента полученного теоретически.
Проверкаправельности построения диаграммы:
<img src="/cache/referats/1119/image262.gif" v:shapes="_x0000_i1159">
Схемапространственного коленчатого вала 8 цилиндрового V-образного двигателя
№
j
Pr
<img src="/cache/referats/1119/image264.gif" v:shapes="_x0000_i1160">
Pj
PS
tgb
N
<img src="/cache/referats/1119/image265.gif" v:shapes="_x0000_i1161"><img src="/cache/referats/1119/image267.gif" v:shapes="_x0000_i1162">
K
<img src="/cache/referats/1119/image269.gif" v:shapes="_x0000_i1163">
T
1
1.260
-40
-39
1
-39
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
-1
-22.5
7
210
-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
1
14
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
-1
-29.5
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
1
-39