Тепловой и динамический расчет двигателя (прототип ЗиЛ-509)

 

 

 1.8 Определение индикаторных показателей двигателя

 

Теоретическое среднее индикаторное давление:

 

                                                                                                                                       (1.31)

 

 

 

 

 

Действительное среднее индикаторное давление:

                                                                                                                                          (1.32)

 

где φп – коэффициент полноты диаграммы

 

Принимаем: φп = 0,94

 

 

Индикаторный КПД:

 

                                                                                                                                            (1.33)

 

 

 

 

Индикаторный удельный расход:

 

                                                                                                                                         (1.34)

 

 

 

 

1.9 Определение  эффективных показателей двигателя

 

Среднее давление механических потерь:

 

                                                                                                                                        

                                                                                                                                             (1.35)

 

где Vп.ср – средняя скорость поршня, м/с;

      a,b – коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально

                                                                                         

Значения коэффициентов a,b принимаем: a= 0,039 МПа, b= 0,0132МПа с/м

Средняя скорость поршня:

 

                                                                                                                                          (1.36)

 

где S – ход поршня, мм;

     n – номинальная частота вращения коленчатого вала, мин^-1

Величину S принимаем равной величине хода поршня двигателя, выбранного в качестве прототипа: S = 100мм

 

 

 

Тогда среднее давление механических потерь:

 

  

 

Среднее эффективное давление:

                                                                                                                                       (1.37)

 

 

Механический КПД двигателя:

 

                                                                                                                                  (1.38)

 

 

 

 

Эффективный КПД двигателя:

                                                                                                                                  (1.39)

 

 

Эффективный удельный расход топлива:

 

                                                                                                                                  (1.40)

 

 

 

 

1.10 Определение  основных размеров цилиндра и  параметров двигателя 

Литраж двигателя:

 

                                                                                                                                   (1.41)

 

где τ – тактность двигателя;

      Ne – номинальная эффективная мощность, кВт

 

 

  

Рабочий объем цилиндра:

 

                                                                                                                                      (1.42)

 

где i – число цилиндров двигателя

 

 

 

Диаметр цилиндра:

 

                                                                                                                                     (1.43)

 

 

 

 

 

Ход поршня:

                                                                                                                                      (1.44)

 

Литраж двигателя:

                                                                                                                                       (1.45)

 

 

 

 

Эффективная мощность:

 

                                                                                                                                         (1.46)

 

 

 

 

Эффективный крутящий момент:

 

                                                                                                                                         (1.47)

 

 

 

Часовой расход топлива:

                                                                                                                                         (1.48)

 

 

По формуле (1.36) уточняем среднюю скорость поршня:

 

 

  

Расхождение между значениями средней скорости поршня

 

 

1.11 Построение индикаторной диаграммы

 

В начале построения на оси абсцисс  откладываем отрезок АВ, соответствующий рабо-чему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе М_s=1:1.

Отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания, определяем из соотношения:

 

 

                                                                                           (1.49)

 

где АВ – отрезок соответствующий  рабочему объему цилиндра, мм

 

 

 Масштаб давлений М_p= 0,04 МПа/мм.

Затем по данным теплового расчета  на диаграмме откладываем в выбранном  масштабе величины давлений в характерных точках а, с, z , b, r.

Построение политроп сжатия и расширения производим графическим методом.

Из начала координат проводим луч ОС под углом α = 20° к оси абсцисс, а также лучи ОD и ОЕ под углами β1 и β2 к оси ординат, равными:

 

                                                                                                                              (1.50)

 

  

 

 

Политропу расширения строим с помощью  лучей ОС и ОЕ. Из точки z проводим гори-зонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения – линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОЕ, а из этой точки – вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки z проводим вертикальную линию до пересе-чения с осью абсцисс, а из этой точки – вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий дает нам промежуточную точку политропы расширения. Последующие точки находим аналогичным путем, выбирая в качестве начала построения предыдущей найденной точки.

Полученные точки соединяем  плавной кривой.

Политропу сжатия строим с помощью  лучей ОС и ОD, начиная от точки с, аналогично построению политропы расширения.

После построения политропы сжатия и расширения наносим линии впуска и выпуска, производим скругление диаграммы с учетом фаз газораспределения, опережения впрыска, скорости нарастания давления в процессе сгорания. Для этого на диаграмму наносим характерные точки, используя метод Брикса.

Под индикаторной диаграммой строим вспомогательную полуокружность радиусом R, равным половине хода поршня. Далее от центра полуокружности (точка О1) в сторону н.м.т. откладываем поправку Брикса:

                                                                                                                               (1.51)

 

где R – радиус кривошипа, мм

                                                                                    (1.52)

 

 

Принимаем: λ = 0,267

 

 

 

При построении точки с откладываем из центра Брикса под углом θ к левой половине основания полуокружности луч. Из точки пересечения отложенного луча и полуокруж-ности проводим вертикаль, которая, пересекая диаграмму на участке, соответствующем требуемому такту двигателя, определяет положение искомой точки с. Аналогично нано-сим остальные точки.

Значения углов поворота коленчатого  вала, определяющих положение характерных  точек действительной индикаторной диаграммы: δ1(r ) = 12°, δ2(a )= 60°, θ(с ) = 35°,

Δφ1(f) = 10°, Δφ2(zД) = 10°, γ1(b ) = 54°, γ2(a ) = 18°.

Давление в конце сжатия приблизительно определяем по формуле:

                                                                                                                                    (1.53)

 

2 Построение  внешней скоростной характеристики

 

Построение кривых скоростной характеристики ведем в интервале частот вращения коленчатого вала:

от nmin = 600 мин^-1 до  nmax = 3600 мин^-1 Расчетные точки кривых скоростной характеристики определяем через каждые 600 мин^-1 следующим зависимостям:

 

                                                                                                                                  (2.1)

 

где Nex – эффективная мощность, кВт;

            nx – частота вращения коленчатого вала в искомой точке скоростной характерис-

                  тики, мин^-1;

           nN - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности,мин^-1;

            Ne – номинальная эффективная мощность, кВт;

            с1, с2 – коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально

 

                                                                                                                                 (2.2)

 

где gex – удельный эффективный расход топлива, г/кВт ч; 
           geN - удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт ч;

           с4с3, с4, с5 – коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально

 

                                                                                                                                  (2.3)

 

где Меx – эффективный крутящий момент, Н м

                                                                                                                                                              

                                                                                                                                   (2.4)

 

где GTx – часовый расход топлива, кг/ч

 

Принимаем: с1 = 1; с2 = 1; с4 = 1,2; с4 = 1; с5 = 0,8

Расчет произведем для n1  = 600 мин^-1, а значения для остальных точек сведем в табли-

цу 1.

 

                                                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Расчетные точки кривых внешней скоростной характеристики

n(x)	Ne(x)	g(e)x	Me(x)	Gt(x)
600	22,22	355,33	353,87	7,90
1200	47,67	320,85	379,52	15,29
1800	72,71	303,26	385,94	22,05
2400	93,72	302,56	373,11	28,36
3000	107,09	318,74	341,04	34,13
3200	109,21	327,89	326,07	35,81
3600	109,17	351,81	289,72	38,41