Тепловой и динамический расчет двигателя

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лит

Лист

Листов

3

23

 

 

 

ДГТУ

Каф. «СТЭАС»

Курсовой проект по РПКД

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

РПКД.590000.000ПЗ

 

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

Пономарев .В

Разраб.

 

 

Сокол Н.А.

Пров.

 

 

 

Т. контр.

 

 

 

Н. контр.

 

 

 

Утв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение 4

1. Тепловой расчет двигателя 5

1.1. Параметры рабочего цикла 5

1.2. Расчет параметров впуска 6

1.3. Расчет параметров сжатия 7

1.4. Расчет параметров сгорания 8

1.5. Расчет параметров расширения 9

1.6. Расчет индикаторных показателей цикла 10

1.7. Расчет эффективных показателей цикла 11

1.8. Построение индикаторной диаграммы 13

2. Динамический расчет двигателя 14

2.1. Построение диаграмм развернутой индикаторной, сил инерции, суммарной силы 14

2.2. Построение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме 15

2.3. Диаграммы крутящего момента двигателя 18

2.4. Построение полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку коленвала. 19

2.5. Развернутая диаграмма нагрузок, действующих на шатунную шейку. 20

2.6. Диаграмма износа шатунной шейки 20

2.7. Порядок построения полярной диаграммы нагрузок, действующей на коренную шейку коленчатого вала 22

2.8. Развернутая диаграмма нагрузок, действующих на коренную шейку. 22

Список литературы 23

Лист 1

Лист 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Тепловой  расчет позволяет определить основные показатели работы ПДВС, проанализировать влияние различных факторов на эффективность работы двигателя в эксплуатации.

Динамический  расчет позволяет определить силы и  моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме (КШМ) двигателя, оценить  их влияние на динамику двигателя, износ  и другие эксплуатационные факторы.

На первом листе вычерчиваются: развернутые  графики сил давления газов, сил  инерции, суммарной силы, а также  сил, действующих на шатунную шейку  коленчатого вала, и график крутящих моментов для каждого цилиндра согласно порядка работы двигателя, а также график суммарного крутящего момента и распределения нормальной силы по высоте цилиндра.

На втором листе размещаются: полярная диаграмма  удельных нагрузок на шейки коленчатого  вала; диаграмма износа шатунной шейки, развернутые диаграммы полярных нагрузок на шатунные и коренные шейки  коленчатого вала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тепловой  расчет двигателя

В основу теплового  расчета двигателей внутреннего  сгорания положено определение значений основных параметров цикла-впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска с  последующим определением индикаторных и эффективных показателей, коэффициентов  полезного действия, мощностных и экономических показателей.

Обычно тепловой расчет выполняется для режима работы двигателя, соответствующего максимальной мощности и номинальной частоте  вращения. В курсовой работе проводится параллельный расчет для различных  природно-климатических условий  с целью выявления их влияния  на технико-экономические показатели работы двигателя.

1. Параметры рабочего цикла

Теоретически  необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива:

                                             (1.1)

Где С,Н,О – массовые доли углерода, водорода и кислорода в топливе.

В бензине: С = 0,855; Н = 0,145; 0 = 0.

 

При расчете  в кМоль на кг:

                                                                    (1.2)

Где m_в=29; молекулярная масса воздуха,

 

Количество  свежего заряда:

                                                                          (1.3)

Где α – коэффициент избытка воздуха;

m_T = 115 кг/кМоль – молярная масса топлива;

             

Количество  продуктов сгорания:

При α = 0,94:

                                                          (1.4)

2. Расчет  параметров впуска

При расчете  параметров впуска, сжатия, сгорания и расширения в качестве параметров считать давление, температуру и объем с индексами в нижней части, обозначающими соответствующие точки индикаторной диаграммы.

Давление  в конце впуска:

                                                                        (1.5)

Где P₀ = 0,09 МПа – атмосферное давление,

∆Р_а – потери давления во впускной системе, МПа.

Потери давления во впускной системе можно рассчитать по эмпирической формуле:

                                                                (1.6)

Где А = 8,5; коэффициент, учитывающий радиус кривошипа, диаметр поршня, длину шатуна, площадь наименьшего сечения впускной системы, коэффициент затухания скорости движения заряда;

n = 3200 об/мин – частота вращения коленчатого вала;

ρ₀ = плтность заряда на впуске, кг/см³

                                                                        (1.7)

Где R_b = 287 Дж/кгК – газовая постоянная воздуха;

Т₀ = температура окружающего воздуха.

       

       

      

      

    

    

Коэффициент наполнения

                                                                            (1.8)

Где Е = 7,1 – степень сжатия;

Pr –давление остаточных газов, при расчете принимаем

Pr = 1,25Po;                                                                                (1.9)

T^I₀ = T₀ + ∆T, K                                                                            (1.10)

T^I₀ – температура свежего заряда с учетом подогрева в впускном трубопроводе;

∆Т = 20К

 

 

       

       

Температура в конце впуска:

                                                        (1.11)

Где Tr = 900 K – температура остаточных газов;

 

 

Коэффициент остаточных газов:

                                                                (1.12)

    

   

3. Расчет  параметров сжатия

Средний показатель политропы сжатия n₁ можно определить по эмпирической формуле:

                                                                (1.13)

Где n – частота вращения коленчатого вала.

                 

Давление  в конце такта сжатия:

                                                             (1.14)

  

  

Температура в конце сжатия:

                                                               (1.15)

    

    

4. Расчет  параметров сгорания

 

Расчет производится на основе уравнения  сгорания:

                                                   (1.16)

Где =43900 кДж/кг – низшая теплопроводная способность топлива;

 – потеря тепла  в связи с неполнотой сгорания  жидкого топлива кДж/кг;

= 0,85 – коэффициент использования  тепла;

 – расчетный коэффициент  молекулярного изменения:

                                                                     (1.17)

Где – число молей остаточных газов:

                                                                         (1.18)

                                                            (1.19)

 

 

         

         

 

 

 и  – средняя молярная теплоемкость свежего заряда в конце сжатия и продуктов сгорания:

                                                       (1.20)

    

    

                                (1.21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Давление  в конце сгорания у карбюраторного двигателя:

                                                                     (1.22)

 

 

Для бензиновых двигателей степень повышения давления:

                                                                                 (1.23)

 

 

5. Расчет  параметров расширения

 

Давление в конце процесса расширения

                                                                        (1.24)

Где n₂ – средний показатель политропы расширения;

n₂ = 1,25

 

 

Температура в конце расширения:

                                                                        (1.25)

  

  

После расчета  процессов цикла необходимо проверить  правильность ранее принятой температуры  остаточных газов:

                                                                         (1.26)

    

    

Если ошибка превышает 10%, то необходимо повторить  расчет с уточнённым значением Tr.

6. Расчет  индикаторных показателей цикла

 

Теоретическое среднее индикаторное давление для карбюраторных двигателей:

                                   (1.27)

   

   

 

Действительное среднее индикаторное давление для округлой индикаторной диаграммы:

                                                                         (1.28)

Где =0,97 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

 

 

Индикаторный КПД для двигателей определяется по формуле:

                                                                   (1.29)

                                                                           (1.30)

     

     

 

 

 

Индикаторный  удельный расход топлива:

                                                             (1.31)

  

  

7. Расчет  эффективных показателей цикла

 

Среднее давление механических потерь Pm определяется по эмпирическим формулам с учетом средней скорости поршня Vср.

 

                                                                     (1.32)

Где S – ход поршня, м;

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

   

Для карбюраторных  двигателей

                                                       (1.33)

  

Среднее эффективное  давление

                                                                 (1.34)

  

  

Механический  КПД определяем по соотношению:

                                                                            (1.35)

  

  

Эффективный КПД будет равен:

                                                                        (1.36)

      

      

Удельный  эффективный расход топлива:

                                                               (1.37)

 

 

Эффективная мощность:

                                                                     (1.38)

Где V_h – рабочий объем цилиндра, л;

                                                                        (1.39)

 

i =8 - число цилиндров;

= 4 – коэффициент тактности;

  

  

 

Часовой расход топлива

                                                                    (1.40)

 

 

Результаты  расчета сводятся в таблицу 1.1, проводится их анализ и делается вывод о влиянии  значений условий работы на показатели двигателя.

Таблица 1.1

	Т0	P0	Тa	*v		Т2	P2	Pi	Pe	*e	Ne	ge	Gt
1 вариант	257	0,09	323,091	0,757	0,757	2669,624	4,936	0,956	0,753	0,26	120,48	315,402	37,1
2 вариант	307	0,09	375,469	0,79	0,084	2717,894	4,434	0,825	0,622	0,246	99,52	333,352	33,175