Проектный расчёт двигателя внутреннего сгорания прототипа КамАЗ 740.10

 

 

 

15.2 Построение развернутой индикаторной диаграммы

        Построение развернутой индикаторной диаграммы производят в координаты р-*, где * – угол поворота коленчатого вала. Для четырехтактного ДВС цикл совершается за 2 (два) оборота коленчатого вала * =.

Для перестроения полученной индикаторной диаграммы в развернутом виде графоаналитическим методом под ней строят полуокружность радиусом R, имея в виду, что S=2∙R. Затем полуокружность делят на дуги, охватывающие углы или и точки соединяют радиусами с центром. Затем центр смещают вправо на величину                (поправка Брикса). Из нового центра строят лучи, параллельные ранее проведенным радиусам.

Из новых точек на окружности проводят вертикальные линии до их пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Точки пересечения дают значение давления газов при этих углах поворота кривошипа. Линию свернутой диаграммы продолжают вправо, обозначая на ней значение углов поворота кривошипа в масштабе 1 мм = . Значение берут от линии и откладывают на развертке. Полученные точки соединяют плавной кривой.

 

 

Рис.1 Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя.

 

 

 

16.Тепловой баланс  двигателя.

     Тепло, выделяется  при сгорании топлива в цилиндрах  двигателя не может полностью  преобразовано в полезную механическую  работу. В термодинамическом цикле  эффективность превращений тепла  в работу оценивается термическим  коэффициентом полезного действия  которые всегда меньше единицы вследствие передачи части тепла холодному источнику.

16.1 В общем виде внешний тепловой баланс двигателя определяется из следующих составляющих

                                                                                 

где – общее количество теплоты, введённой в двигатель с топливом, Дж/с;

- теплота, эквивалентная  эффективной работе двигателя  за время 1 с, Дж/с;

- теплота, потерянная  с отработавшими газами, Дж/с;

 – теплота, передаваемая охлаждающей среде. Дж/с;

 – теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, Дж/с;

 

16.2 Общие количество теплоты

, Дж/с;

где – часовой расход топлива, – низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг.

 

16.3 Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя

, Дж/с                                                 (

16.4 Теплота, потерянная с отработавшими газами

 

где

– теплоемкость отработавших газов (определяется по таблице 4.1 с учетом практических рекомендаций см. пункт 4.2 б)

– теплоемкость свежего заряда. Определяется методом интерполяции исходя из следующих значений:

- при температуре =0 ;

- при температуре 

 – температура свежего заряда, принимаемая равной температуре атмосферного воздуха (15 … 25 ) формула 3.1.

                     (

16.5 Теплота, передаваемая охлаждающей среде

- для дизелей , Дж/с                                         

где с – коэффициент пропорциональности, с = 0,45 … 0,53 для четырехтактных двигателей;

i – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

 n – частота вращения коленчатого вала двигателя, ;

m – показатель степени, m = 0.5 … 0,7 для четырехтактных двигателей.

 

 

 

 

11.6 Теплота, потерянная  из-за химической неполноты сгорания  топлива.

, Дж/с

16.7 Неучтенные потери теплоты

 

16.8 Тепловой баланс в процентах по отношению ко всему количеству подведенной теплоты

 

 

 

 

 

 

 

Составляющие теплового баланса сводятся в таблице 11.1.

Таблица 161. Тепловой баланс дизеля.

Составляющие теплового баланса
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом	398100	100
Теплота, эквивалентная эффективной работы	163850	42
Теплота, потерянная с отрабатывающими газами	105048	26
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	66234	16
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива	10.38	0
Неучтенные потери теплоты	62957	15

 

Среднее значение отдельных составляющих внешнего теплового баланса, отнесенные к теплоте, введенной с топливом при работе двигателя на номинальном режиме приведены в таблице 11.2

Таблица 16.2 Значение отдельных составляющих теплового баланса (в процентах)

Двигатели
Дизели без наддува	29 … 42	20 … 35	25 … 40	0 … 5	2 … 7
Дизели с наддувом	35 … 48	10 … 25	20 … 45	0 … 7	2 … 7

 

 

 

 

 

 

 

17.Скоростная характеристика  двигателя.

Таблица 17

№В	ДВС	Характеристика ДВС	Ne	nN	Частота  вращения коленчатого вала nj
					n1	n2	n3	n4	n5	n5
1	Камаз-740-10	Дизель	154	2400	500	600	1700	2600	2800	3000

 

wei1=3.14*500/30=52,3

wei2 =3.14*600/30=62,8

wei3 =3.14*1700/30=177,9

wei4 =3.14*2600/30=272,1

wei5 =3.14*2800/30=293,06

wei6 =3.14*2300/30=314

 

Мощность двигателя.

Nei1= 29,722

Nei2 = 81 38,192

Nei1= 206,36

Nei1= 154

Nei1= 153,53

Nei1= 118,118

 

Крутящий момент.

Me1 = (Ne1/we1)*103 568

Me1 = (Ne1/we1)*103 =608

Me1 = (Ne1/we1)*103 =1159

Me1 = (Ne1/we1)*103 = 523

Me1 = (Ne1/we1)*103 = 523

Me1 = (Ne1/we1)*103 = 376,171

 

 

 

Величины давлений в промежуточных точках политропы сжатия и политропы расширения.

Таблица 17,1

№ точки	Sx , мм	Политропа сжатия		Политропа расширения
		мм	, МПа	мм	, МПа
1	21	15,09	1,66	52,3	5,75
2	24	12,5	1,38	44,2	4,86
3	27	10,7	1,18	38	4,18
4	30	9,3	1,02	33,7	3,66
5	33	8	0,89	29,5	3,25
6	36	7,2	0,79	26,6	2,9
7	39	6,5	0,71	23,9	2,63
8	42	5,8	0,64	21,7	2,39
9	45	5,3	0,58	19,9	2,19
10	48	4,8	0,53	18,4	2,02

 

 

Величины давлений P и хода поршня S

Таблица 17,2

Обозначения	Расчетные	Приведенные
S	125	125
Sa	136.7	136.7
Sc	11.7	11.7
P0	0,1	0,9
Pa	0,129	1,2
Pc	6,1	55,5
Pz	17	154,5
Pzд	10,37	94,3
Pb	0,54	4,9
Pr	0,147	1,34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.Динамический расчет  двигателя.

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя.

Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательного движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера (приблизительно равное атмосферному давлению) и силы тяжести (силы тяжести в динамическом расчете обычно не учитывают).

На рис. 14.1 представлена схема кривошипно-шатунного механизма с указанием точек приложения и знаков (+, -) действия сил:

а) инерционных и газовых;   б) суммарных.

Рис. 18.1 Схемы КШМ с указанием точек приложения и знаков действия сил.

 

Руководствуясь найденными размерами двигателя (S и D), определяется масса частей, движущихся возвратно-поступательно, и масса частей, совершающих вращательное движение. Для этой цели необходимо задаться конструктивными массами поршневой и шатунной группы, используя техническую характеристику двигателя или рассчитать, используя таблицу 14.1 .

 

 

 

 

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Детали совершающие прямолинейно возвратно-поступательное движение – это поршень, поршневые кольца, поршневой палец с деталями крепления объединяются в одну поршневую группу по массе mn, сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А.

Детали, совершающие вращательное движение – это кривошип, состоящий из совокупности двух половин коренной шейки, двух щек и шатунной шейки.

Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси кривошипа В (mk) и на оси коренной шейки О.

Детали совершающие сложное плоскопараллельное движение – это шатун с вкладышами и болтами нижней головки, и втулкой верхней головки, т.е. вся шатунная группа с массой mш. Массу шатунной группы заменяют массой mш.n, сосредоточенной на оси поршневого пальца (А) и совершающей возвратно-поступательное движение совместно с массой mn, а также массой mш.k, сосредоточенной на оси шатунной шейки, и совершающей вращательное движение совместно с массой mk.

Таким образом система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы , сосредоточенной в точке В и имеющей вращательное движение. В V-образных двигателях со сдвоенным кривошипно-шатунным механизмом .

Для приближенного определения значений масс mn, mk, mш  можно использовать конструктивные массы , относительные к единице площади поршня Fn (таблица 14.1).

 

, кг

 

, кг

 

, кг

где , - конструктивная масса детали, отнесенная к площади поршня, ;

Fn – площадь поршня, м2.

Таблица 18.1 Конструктивные массы деталей, отнесенные к площади поршня в .

Элементы КШМ	Конструктивная масса
	ДсИЗ (D=60…100мм)	Дизель (D=80…130мм)
Поршень (алюминиевый сплав) ; Поршень чугунный .	80…150 150…250	150…300 250…400
Шатун	100…200	250…400
Колено вала без противовесов (): - стальной кованый вал  со сплошными шейками; - чугунный литой вал  с полыми шейками.	150…200 100…200	200…400 150…300

 

Таблица 18.2     Значения параметров λ для ДсИЗ.