Тепловой расчёт и тепловой баланс дизельного двигателя без наддува

 

Положение точки с" определяется из выражения

 

=(1,15…1,25)=1,15*5,374=6,18 МПа

 

==71,25 мм

Положение точки  определяется из выражения

 

=0,85=0,85*10,75=114,2 мм

  Нарастание давления от точки до составляет:

 

  10,75-6,18=4,57 МПа или =0,457

где 10 – положение точки zдпo оси абсцисс, град.Соединяя плавными кривыми точки r с а', с' с f и с" и далее с zд и кривойрасширения b' с b" (точка b" располагается между точками b и а) и далее сr' и r, получаем скруглённую индикаторную диаграмму rа'aс'fс"zдb'b"r.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС.

Общее количество теплоты, введённой  в двигатель с топливом длядизелей без наддува:

 

===152666

 

Теплота, эквивалентная эффективной  работе за 1 с, для дизелей безнаддува:

 

=1000

 

Теплота, передаваемая охлаждающей  среде, для дизелей без наддува

 

=С*i***()=0,48*4***()=50630

гдеС – коэффициент пропорциональности (для четырёхтактных двигате-

лейС = 0,45…0,53; i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см;

m – показатель степени (для четырёхтактных двигателей m = 0,6…0,7);

n – частота вращения коленчатого вала двигателя, .

   Теплота, унесённая с  отработавшими газами (в дизеле  с наддувомчасть теплоты отработавших  газов используется в газовой  турбине):

 

=()[-]

 

• для дизеля без наддува

 

*[0,73*31,755*477-0,7*30,15*17]=38191

 

где  =+8,315=23,44+8,315=31,75

 

 

 

   -определено по табл. 1.4 методом  интерполяции при α=1,4 и

-273=750-273=477

 

+8,315=21,842+8,315=30,157

 

 

 

- определено по табл. 1.6 (графа  «Воздух») при -273=290-273=17

 

Неучтённые потери для дизеля без  наддува:

 

=(++):

 

=152666-(63500+50637+38191)=338

 

 

Табл. 11

 

 

 

Составляющие теплового               баланса	Дизель без наддува
	Q,	q, %
Телота, эквивалентая эффективной работе,	63500	41,6
Теплота, передаваемая охлаждающей среде,	50630	33
Теплота, унесённая с отработавшими газами,	38191	25
Неучтённые потери теплоты,	338	0,4
Общее количество телоты, введённый в двигатель,	152666	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9 Кинематика расчёта дизельного  двигателя.

 

Общие сведения. Величины инерционных усилий, действующих вдвигателе, зависят от размеров кривошипно-шатунного механизма и ихсоотношений.

Установлено, что с уменьшением l = R / (за счёт увеличения )происходит снижение инерционных и нормальных сил, но при этом увеличивается высота двигателя и его масса. В связи с этим в автомобильныхи тракторных двигателях принимают l = 0,23…0,30.

Для двигателей с малым диаметром  отношение R / выбирают стаким расчётом, чтобы избежать задевания шатуна за нижнюю кромкуцилиндра.

Минимальную длину шатуна и максимально  допустимое значение l

без задевания шатуна за кромку цилиндра определяют следующим образом: на вертикальной оси цилиндра наносят центр коленчатоговалаО, из которого радиусом R = S / 2 проводят окружность вращенияцентра шатунной шейки. Далее,

 пользуясь конструктивными  размерамиэлементов коленчатого  вала, из точкиВ(центр кривошипа, находящегосяв н.м.т.) радиусом проводят окружность шатунной шейки, из центраО радиусом – вторую окружность вращения крайней точки щеки илипротивовеса.

Выбор l и длины шатуна. В целях уменьшения высоты двигателя с учётом опыта отечественного дизелестроения оставляем значениеλ = 0,270, как уже было принято предварительно в тепловом расчёте.

В соответствии с этим:

 

===157,4 мм

 

Перемещение поршня. Изменение хода поршня по углу поворота коленчатого вала строят графическим методом (рис. 1.5, а) в масштабе Мs= 2 мм в мм и Мφ= 2° в мм через каждые 30º.

       Поправка Брикса:

 

==2,87 мм

 

Угловаяскорсть вращения коленчатого  вала:

 

ω===439,6

 

Скорость поршня. Изменение скорости поршня по углу поворота коленчатого вала строят графическим методом (рис. 1.5, б) в масштабе = 0,4 м/с в мм:

 

==47,7 мм

 

±==439,6*0,0425*=19,35

 

Ускорение поршня. Изменение ускорения поршня по углу поворотаколенчатого вала строят графическим методом в масштабе= 100 в мм:

==81,13 мм

 

==22,17 мм

 

=(1+)=*0,0425*(1+0,27)=10430,57 

 

=-R()=*0,0425*(0,27+)=-6020

 

Значеня, ив зависимости от φ определяем аналитическим методом. Значения приведены в табл. 12.

 

Табл. 12

 

 

φ°	S, мм	, мм	,	φ°	S, мм	, мм	,
0 30 60 90 120 150 180	0 7,1 25,5 48,2 68 80,7 82	0 +11,5 +18,4 +18,9 +14 +7,1 0	+10430 +8,2 +2998 +2217 +5250 +6045 +5995	210 240 270 300 330 360	80,7 68 48,2 25,5 7,1 0	-7,1 -14 -18,9 -18,4 -11,5 0	-6045 -5250 -2217 -2998 -8,2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.10 Динамика расчёта дизельного  двигателя.

 

Силы давления газов. Индикаторная диаграмма,полученная в тепловом расчёте, развёртывается по углу поворота кривошипапо методу Брикса.

Масштабы развёрнутой диаграммы: хода поршня Ms= 1,5 мм в мм; давлений = 0,08 МПа в мм; сил = = 0,08・0,005671 = 0,00045МНв мм или = 0,7 кН в мм; угла поворота кривошипа = 3° в мм или

 

===0,0523 рад.в мм

 

   где ОВ - длина развёрнутой  диаграммы.

Табл. 13

 

φ°	∆, МПа	j, ,	, МПа	, МПа
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 370 380 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720	0,062 0,059 0,059 0,059 0,059 0,059 0,059 0,080 0,200 0,240 0.260 0,480 5,520 9,040 3,080 1,800 0,640 0,520 0,400 0,280 0,240 0,160 0,062 0,062 0,062 0,062 0,062	+10430 +8,2 -2998 -2217 -5250 -6045 -5995 -6045 -5250 -2217 +2998 +8,2 +10430 +10171 +9416 +8,2 +2998 -2217 -5250 -6045 -5995 -6045 -5250 -2217 +2998 +8,2 +10430	-4,928 -0,003 -1,416 +1,047 +2,481 +2,857 +2,834 +2,858 +2,481 +1,047 -1,086 -0,003 -4,928 -4,889 -4,445 -0,003 -1,416 +1,047 +2,481 +2,857 +2,834 +2,858 +2,481 +1,047 -1,086 -0,003 -4,928	-4,866 -0,056 -1,357 +1,106 +2,540 +2,916 +2,893 +2,938 +2,681 +1,287 +0,826 +0,510 0,631 +4,151 +1,365 +1,797 +0,776 +1,567 +3,381 +3,137 +3,074 +3,018 +3,101 +1,109 -0,466 -0,059 -4,866

 

Поправка Брикса:

 

=3,82 мм

 

По развёрнутой индикаторной диаграмме  через каждые 30° угла поворота кривошипа определяют значения Δ∆=–, и заносят в табл. 13.

 

Приведение масс частей кривошипно-шатунного  механизма.

По табл. 14 с учётом диаметра цилиндра, отношения S/D, V-образногорасположения цилиндров и достаточно высокого значения , устанавливаются:

 

– масса поршневой группы (для  поршня из алюминиевого сплава принято  = 260 )

 

==260*0,0056=1,46 кг

 

– масса шатуна (для стального кованого шатуна принято =300)

 

==300*0,0056=1,68 кг

 

    – масса неуравновешенных частей одного колена вала без противо-

весов (для стального кованого вала принято  = 320)

 

==320*0,0056=1,79 кг

 

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

 

=0,275=0,275*1,68=0,462 кг

 

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

 

=0,725=0,725*1,68=1,22 кг

 

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

 

=+=1,46+1,22=2,68 кг

 

Массы, совершающие вращательные движения:

 

=+2=1,79+2*1,22=4,23 кг

 

 

 

 

Табл. 14

 

Элементы кривошипно-шатунного механизма	Конструктивные массы,
	Дизеля (D=80+120 мм)
Поршневая группа ( = / ): поршень из алюминиевого сплава чугунный поршень Шатун (' = ) Неуравновешенные части  одного колена вала без противовесов (' = / ): стальной кованый вал  со сплошными шейками чугунный литой вал  с полыми шейками	150…300 250…400 250…400         200…400 150…300

 

 

Полные и удельные силы инерции. Силы инерции возвратно поступательно движущихся масс определяют по кривой ускорений и табл. 12

 

-полные силы

 

=-j*=-j*2,68*, кН

 

• удельные силы инерции

 

==, МПа

 

Результаты вычислений заносим в табл. 13

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна одного цилиндра:

 

=-*=-1,22*0,0425**=-10,02 кН

 

    Центробежная сила инерции  вращающихся масс кривошипа:

 

=-*=-1,79*0,0425*=-14,701 кН

 

Центробежная сила инерции вращающихся  масс, действующая накривошип:

 

=+2=-14,701+2*(-10,02)=-34,741 кН

 

 

Удельные суммарные силы. Удельная суммарная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца:

 

P=∆+

Удельные силы , , и определяют аналитическим методом.Расчёт значения этих сил для различных φ сводят в табл. 15.

Табл. 15

φ°	P, Мпа	tgβ	,МПа		,МПа		, МПа	К, кН			Т, кН	Н*м	кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 370 380 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720	-4,866 -0,056 +1,357+1,106 +2,540 +2,916 +2,893 +2,938 +2,681 +1,287 +0,826 +0,510 +0,631 +4,151 +1,365 +1,797 +0,776 +1,567 +3,381 +3,137 +3,074 +3,018 +3,101 +1,109 -0,466 -0,059 0	0 +0,136 +0,239 +0,278 +0,239 +0,136 0 -0,136 -0,239 -0,278 -0.239 -0,136 0 +0,047 +0,093 +0,136 +0,239 +0,278 +0,239 +0,136 0 -0,410 -0,741 -0,308 +0,111 +0,008 0	0 -0,008 +0,324 +0,307 +0,607 +0,369 0 -0,399 -0,641 -0,358 -0,197 0,069 0 +0,195 +0,127 +0,244 +0,185 +0,436 +0,800 +0,427 0 -0,410 -0,741 -0,308 +0,111 +0,008 0	1 1,009 1,028 1,038 1,028 1,009 1 1,009 1,028 1,038 1,028 1,009 1 1,001 1,004 1,009 1,028 1,038 1,028 1,009 1 1,009 1,028 1,038 1,028 1,009 1	-4,866 -0,056 -1,395 +1,148 +2,611 +2,942 +2,893 +2,964 +2,756 +1,336 +0,849 +0,514 +0,631 +4,158 +1,370 +1,813 +0,798 +1,626 +3,476 +3,165 +3,074 +3,045 +3,188 +3,227 -0,479 -0,059 -4,866	+1 +0,798 +0,293 -0,278 -0,707 -0,934 -1 -0,934 -0,707 -0,278 +0,293 +0,798 +1 +0,0,97 +0,908 +0,798 +0,293 -0,278 -0,707 -0,934 -1 -0,934 -0,707 -0,278 +0,293 +0,798 +1	-4,866 -0,045 -0,398 -0,307 -1,796 -2,723 -2,893 -2,744 -1,895 -0,358 +0,242 +0,407 +0,631 +4,055 +1,239 +1,434 +0,227 -0,435 -2,390 -2,930 -3,074 -2,819 -2,192 -0,308 -0,136 -0,047 -4,866	-27,590 -0,255 -2,250 -1,740 -10,185 -15,440 -16,460 -15,560 -10,750 -2,030 -1,372 +2,308 +3,578 +22,996 +7,026 +8,132 +1,287 -2,467 -13,533 -16,616 -17,433 -15,966 -12.431 -1,747 -0,771 -0,266 -27,595	0 +0,618 +0,985 +1 +0,747 +0,382 0 -0,382 -0,747 -1 -0,985 -0,618 0 +0,220 +0,429 +0,618 +0,985 +1 +0,747 +0,382 0 -0,382 -0,747 -1 -0,985 -0,618 0	0 -0,034 -1,227 +1,106 +1,897 +1,114 0 -1,122 -2.003 -1,287 -0,814 -0,315 0 +0,913 +0,584 +1,110 +0,764 +1,567 +2,526 +1,198 0 -1,184 -2.316 -1,109 -0,459 -0,036 0	0 -0,192 -7.582 +6,272 +10,758 +6,488 0 -6,363 -11,359 -7,298 -4,1616 -1,786 0 +5,178 +3,310 +6,290 +4,333 +8,886 +14,337 +6,794 0 -6,714 -13,134 -6,289 +2,602 +0,204 0	0 -8,16 -322,2 +266,6 +467,2 +275,3 0 -270,4 -482,7 -310,2 -176,8 -75,9 0 +220 +140,7 +267,4 +184,1 +377,6 +609,3 +288,7 0 -285,3 -588,2 -267,3 -110,9 -11,6 0	28 1,25 13,5 6,25 16 23 16,5 17 16 6,75 5 2,5 2,5 23,5 7,5 9,5 3,5 8,5 20,5 19 18 17 17,5 6,75 2,5 1,25 28

 

Графики изменения удельных сил , , и в зависимости от φпредставлены налисте, где Mp= 0,08 МПа в мм и Мφ= 3° в мм.

Среднее значение удельной тангенциальной силы за цикл:

– по данным теплового расчёта

 

===0,046 МПа

 

- поплощади, заключённой под  кривой :

 

===0,049 МПа

 

ошибка

 

   ∆==4 %

 

Крутящие моменты. Крутящий момент одного цилиндра

 

=TR=T*0,0425* Н*м

 

   Изменение крутящего моменты  выражает кривая в масштабе

 

=R=0,08*0,005671*0,0425*=0,019 кН*м в мм

 

Период изменения крутящего  момента четырёхтактного дизеля сравными интервалами между вспышками

 

 

 θ===180

 

Суммирование значений крутящих моментов всех восьми цилиндров двигателя  осуществляется табличным методом (табл. 1.17) через каждые 10° угла поворота коленчатого вала. По полученным данным строят кривую   в масштабе:

 

=10 Н*м и =1° в мм

 

  Средний крутящий момент  двигателя:

    -по данным теплового  расчёта

 

====115,52 Н*м

 

  - по площади заключённой под кривой

 

===120 Н*м

 

    ошибка

 

     ∆==3,7 %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Табл. 16

φ коленчатого вала	Цилиндры
	1-й		2-й		3-й		4-й
	φ кривошипа		φ кривошипа		φ кривошипа		φ кривошипа
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180	0 -192,8 -57,8 -8,16 -115,7 -192,8 -322,2 -241,0 +144,6 +266,6 +306,5 +385,6 +457,2 +424,2 +337,4 +257,3 +212,1 +57,0 0	180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360	0 -77,1 -144,6 -270,4 -337,4 -395,3 -482,7 -453,1 -404,9 -310,2 -231,4 -192,8 -176,8 -154,2 -96,4 -75,9 -38,5 -15,5 0	360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540	0 +220,0 +140,6 +267,3 +231,4 +241,0 +184,1 +192,8 +289,2 +377,6 +433,8 +549,5 +609,3 +482,0 +453,1 +288,7 +221,7 +115,7 0	540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720	0 -115,7 -202,4 -285,3 -385,5 -453,1 -558,2 -337,4 -385 -267,3 -385,6 -115,7 -110,9 -38,6 -30,5 -11,6 -57,2 -192,9 0	0 -165,6 -264,2 -296,6 -607,2 -800.2 -880,4 -838,6 -356,1 +66,7 +123,3 +626,6 +878,6 +713,4 +663,6 +458,5 -176,6 -34,0 0