Процессы расширения и выпуска.
Средний показатель адиабаты расширения 
определяется по номограмме, рис. 4.8, (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.82) при заданном 
для соответствующих значений 
, а средний показатель политропы расширения 
оценивается по величине среднего показателя адиабаты:
при =7, 
и 
=1,2535, что позволяет принять =1,2455, для остальных режимов работы двигателя показатели находятся аналогично;
и 
=1,2505, что позволяет принять =1,2425;
и 
=1,2507, что позволяет принять =1,2427;
и 
=1,255, что позволяет принять =1,247.
Давление и температура в конце процесса расширения:
Для 
об/мин:
МПа и 
К;
для 
об/мин:
Мпа и 
К;
для 
об/мин:
Мпа и 
К;
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 25 |
| Тепловой расчет |
для 
об/мин:
Мпа и 
К.
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
.
Для 
об/мин:
К, 
%;
для 
об/мин:
К, 
%;
для 
об/мин:
К, 
%;
для 
об/мин:
К, 
%,
где 
− погрешность расчета.
На все скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, т.к. ошибка не превышает 2%. Только на режиме минимальной частоты вращения ошибка достигает 9,427%.
Таблица 7
Результаты расчётов процесса расширения и выпуска
| Параметры | Процесс расширения и выпуска | |||
| n | 995 | 3055 | 5755 | 6315 |
|
| 1,2535 | 1,2505 | 1,2507 | 1,255 |
|
| 1,2455 | 1,2425 | 1,2427 | 1,247 |
| 0,518017 | 0,51387 | 0,463752 | 0,439231 |
| 1683,57 | 1732,73 | 1729,82 | 1660,54 |
| 984,84 | 1021,64 | 1070,78 | 1050,87 |
| 9,427 | 1,656 | 1,017 | 1,788 |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 26 |
| Тепловой расчет |
Индикаторные параметры рабочего тела.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
.
Для 
об/мин:
МПа;
для 
об/мин:
МПа;
для 
об/мин:
МПа;
для 
об/мин:
МПа.
Среднее индикаторное давление:
.
Для 
об/мин:
МПа;
для 
об/мин:
МПа;
для 
об/мин:
МПа;
для 
об/мин:
МПа.
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:
и 
.
Для об/мин:
и 
г/(кВт·ч);
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 27 |
| Тепловой расчет |
об/мин:
и 
г/(кВт·ч);
для об/мин:
и 
г/(кВт·ч);
для об/мин:
и 
г/(кВт·ч).
Эффективные показатели двигателя.
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением 
.
Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 65 мм, получим значение средней скорости поршня:
.
Для об/мин:
м/с и 
МПа;
для об/мин:
м/с и 
МПа;
для об/мин:
м/с и 
МПа;
для об/мин:
м/с и 
МПа;
Среднее эффективное давление и механический КПД:
и 
.
Для об/мин:
МПа и 
;
для об/мин:
МПа и 
;
для об/мин:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 28 |
| Тепловой расчет |
МПа и 
;
для об/мин:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 29 |
| Тепловой расчет |
МПа и 
.
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
и 
.
Для об/мин:
и 
г/(кВт·ч);
для об/мин:
и 
г/(кВт·ч);
для об/мин:
и 
г/(кВт·ч);
для об/мин:
и 
г/(кВт·ч).
Таблица 8
Индикаторные и эффективные параметры двигателя
| Параметры | Индикаторные и эффективные параметры двигателя | |||
| n | 995 | 3055 | 5755 | 6315 |
| 1,423242 | 1,409333 | 1,272376 | 1,209308 |
| Pi | 1,394777 | 1,381147 | 1,246929 | 1,185122 |
| 0,428843 | 0,421212 | 0,390537 | 0,348763 |
| gi | 191,092 | 194,554 | 209,836 | 234,969 |
| 0,03543 | 0,059082 | 0,09009 | 0,09652 |
| PM | 2,1558 | 6,6192 | 12,4692 | 13,6825 |
| Pe | 1,35935 | 1,32207 | 1,15684 | 1,08861 |
| 0,9746 | 0,95722 | 0,92775 | 0,91856 |
| 0,41795 | 0,40319 | 0,36232 | 0,32036 |
| ge | 196,0722 | 203,2484 | 226,1762 | 255,8017 |
Основные параметры и показатели двигателя.
Рабочий объем одного цилиндра:
.
л.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 30 |
| Тепловой расчет |
Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S=65мм, тогда для нашего случая имеем:
.
мм.
Окончательно для изучаемого нами двигателя, округляя полученные значения, получаем, что D=65мм и S=65мм.
Далее основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S.
Площадь поршня:
см2.
Литраж двигателя:
.
л.
Мощность двигателя:
,
где τ принимаем равным 4. Тогда для разных режимах двигателя получаем:
для 
об/мин:
кВт;
для 
об/мин:
кВт;
для 
об/мин:
кВт;
для 
об/мин:
кВт.
Литровая мощность двигателя для режима с номинальными оборотамиnN:
.
кВт/л.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 31 |
| Тепловой расчет |
Крутящий момент:
.
Для 
об/мин:
Н·м;
для 
об/мин:
Н·м;
для 
об/мин:
Н·м;
для 
об/мин:
Н·м.
Часовой расход топлива:
.
Для 
об/мин:
кг/ч;
для 
об/мин:
кг/ч;
для 
об/мин:
кг/ч;
для 
об/мин:
кг/ч.
Таблица 9
Основные параметры и показатели двигателя
| Параметры | Основные параметры и показатели двигателя | |||
| n | 955 | 3055 | 5755 | 6315 |
| Fп, см2 | 33,19 | |||
| Vл, л | 0,85 | |||
| Nл, кВт/л | 55,48 | |||
| Ne, кВт | 9,726 | 29,042 | 47,872 | 49,432 |
| Me, Н·м | 93,328 | 90,768 | 79,424 | 74,74 |
| GT, кг/ч | 1,907 | 5,903 | 10,828 | 12,645 |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 32 |
| Тепловой расчет |
Индикаторную диаграмму карбюраторного двигателя будем строить для номинального режима двигателя, т.е. при Ne=47,87кВт и n=5755об/мин, аналитическим методом.
Масштаб диаграммы: масштаб хода поршня Ms=1 мм в мм; масштаб давлений Мр=0,05МПа в мм.
Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:
и 
.
Максимальная высота диаграммы (точка z):
.
Ординаты характерных точек:
; 
;
;
; 
.
Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия 
. Отсюда
,
где ОВ=ОА+АВ=9,8+78=87,8мм;
б) политропа расширения 
. Отсюда
.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
,
где F1 =1476,07 мм2 – площадь полученной диаграммы aczba.
Таблица 10
|
№ точек |
ОХ, мм |
ОВ/ОХ | Политропа сжатия | Политропа расширения | ||||
| Px/Mp, мм | Рх, МПа | 
| Рх/Mp мм | Рх, Мпа | |||
| 1 | 10,83 | 7,032 | 14,386 | 24,887 | 1,244 | 11,613 | 96,509 | 4,825 |
| точка с | точка z | |||||||
| 2 | 18,8 | 4,035 | 6,757 | 11,69 | 0,584 | 5,796 | 48,168 | 2,408 |
| 3 | 27,8 | 2,727 | 3,954 | 6,84 | 0,342 | 3,54 | 29,424 | 1,471 |
| 4 | 35,8 | 2,118 | 2,796 | 4,837 | 0,241 | 2,574 | 21,394 | 1,069 |
| 5 | 42,8 | 1,772 | 2,189 | 3,787 | 0,189 | 2,055 | 17,083 | 0,854 |
| 6 | 50,8 | 1,492 | 1,731 | 2,995 | 0,149 | 1,656 | 13,766 | 0,688 |
| 7 | 59,8 | 1,268 | 1,384 | 2,395 | 0,119 | 1,348 | 11,208 | 0,56 |
| 8 | 67,8 | 1,118 | 1,165 | 2,016 | 0,101 | 1,151 | 9,568 | 0,478 |
| 9 | 75,83 | 1 | 1 | 1,73 | 0,085 | 1 | 8,31 | 0,416 |
| точка а | точка b | |||||||
Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=5755об/мин), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открывания впускного клапана (точка r,) устанавливается за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а») – через 60° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b,) принимается за 55° до прихода поршнем в нм.т., а закрытие (точка а,) – через 25° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения – 
.
В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения определяем положение точек 
по формуле для перемещения поршня:
,
где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Выбор величины λ производим при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимаем λ=0,285.
Таблица 11
| Обозначение точек | Положение точек | φ° | 
| Расстояние точек от в.м.т.(АХ), мм |
| 18° до в.м.т. | 18 | 0,0655 | 2,12 |
| 25° после в.м.т. | 25 | 0,1223 | 4,0 |
| 60° после н.м.т. | 120 | 1,6069 | 52,2 |
| 35° до в.м.т. | 35 | 0,2313 | 7,5 |
| 30° до в.м.т. | 30 | 0,1697 | 5,5 |
| 55° до н.м.т. | 125 | 1,6667 | 54,2 |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 34 |
| Тепловой расчет |
;
.
Действительное давление сгорания:
;
.
Тепловой баланс двигателя.
Теплота, введённая в ДВС (все данные взяты из теплового расчета):
.
Для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
.
Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:
.
Для 
об/мин:
;
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 35 |
| Тепловой расчет |
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
.
Теплота, передаваемая охлаждающей среде:
,
где с=0,45..0,53 – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей (принимаем равным 0,45); i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; п – частота вращения коленчатого вала двигателя; т=0,5..0,7 – показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчетах принимаем при п=955об/минт=0,54, а на остальных скоростных режимах – т=0,61,m=0,615, m=0,625.
Для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
.
Теплота, унесенная с отработавшими газами:
,
где 
=25,428 кДж/(кмоль·град) – теплоемкость отработавших газов (определена по табл. 3.8 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.59) методом интерполяции при α=1 и tr=Тr– 273=1070,8 – 273=797,8°C); 
=20,775 кДж/(кмоль·град) (определена
по табл. 3.6 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.58) для воздуха методом интерполяции при t0=T0 – 273=293 – 273=20°C). Для номинального режима работы двигателя, а для остальных режимов находятся аналогично.
для 
об/мин:
.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 36 |
| Тепловой расчет |
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
.
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:
.
Для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 37 |
| Тепловой расчет |
об/мин:
;
для 
об/мин:
.
Неучтенные потери теплоты:
.
Для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
;
для 
об/мин:
.
Таблица 12
Составляющие теплового баланса двигателя
|
теплового баланса | Частота вращения двигателя, об/мин | |||||||||||||||
| 955 | 3055 | 5755 | 6315 | |||||||||||||
| Q, Дж/с | q, % | Q, Дж/с | q, % | Q, Дж/с | q, % | Q, Дж/с | q, % | |||||||||
| Теплота, эквивалентная эффективной работе | 9727 | 41,8 | 29046 | 40,3 | 47879 | 36,2 | 49439 | 32 | ||||||||
| Теплота, передаваемая охлаждающей среде | 3582,6 | 15,4 | 15124,8 | 21 | 28285,3 | 21,4 | 27326,2 | 17,7 | ||||||||
| Теплота, унесенная с отработавшими газами | 7986,65 | 34,3 | 26836,3 | 37,3 | 52785,8 | 39,9 | 57402 | 37,2 | ||||||||
| Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива | 1642,46 | 7,06 | 0 | 0 | 0 | 0 | 17425,7 | 11,29 | ||||||||
| Неучтенные потери теплоты | 332,8 | 1,44 | 1028,6 | 1,4 | 3186,35 | 2,5 | 2718,3 | 1,81 | ||||||||
| Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом | 23269 | 100 | 72029 | 100 | 132125 | 100 | 154300 | 100 | ||||||||
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 39 |
| Кинематика КШМ |
Рис.1. Зависимость составляющих теплового баланса двигателя с впрыском топлива от частоты вращения коленчатого вала
Из приведенной таблицы 12 и рисунка 1 видно, что основная часть теплоты
топлива расходуется эффективную работу, нагрев охлаждающей среды и потери с отработавшими газами.
II. Кинематика.
В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа (R = S/2) к длине шатуна (Lш) предварительно было принято в тепловом расчете λ = 0,285. При этих условиях 
.
Далее устанавливаем, что ранее принятые значения Lш и λ обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра. Следовательно, перерасчета величин Lш и λ не требуется.
Перемещение поршня:
.
Расчет sх производится аналитически через каждые 10º угла поворота коленчатого вала. Значения для 
при различных φ взяты из табл. 7.1 [2] как среднее между значениями при λ = 0,28 и 0,29 и занесены в гр. 2 расчетной табл. 13 (для сокращения объема значения в таблице даны через 30º).
Для 30º:
в остальных случаях аналогично.
Угловая скорость вращения коленчатого вала:
.
Скорость поршня:
.
Значения для 
взяты из табл. 7.2 [2] и занесены
в гр. 4, а рассчитанные значения 
– в гр. 5 табл. 13.
Для 30º:
.
Ускорение поршня:
Значения для 
взяты из табл. 7.3 [2] и занесены в гр. 6, а расчетные значения j – в гр. 7 табл. 13.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 40 |
| Кинематика КШМ |
По данным табл. 13 построены графики sх в масштабе Ms = 1,96 ммв 1 мм, – в масштабе Мυ = 0,977 м/с в 1 мм, j– в масштабе Мj = 586 м/с2 в 1 мм.
.
Таблица 13
Перемещение, скорость и ускорение поршня
| φº | 
| sx, мм | 
| ,
м/с
| 
| j, м/с2 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1,285 | +15101 |
| 30 | +0,1696 | 5,5 | 0,623409 | 12,2 | 1,008525 | +11868 |
| 60 | +0,6069 | 19,7 | 0,989434 | 19,3 | 0,3575 | +4247 |
| 90 | +1,1425 | 37,1 | 1 | 19,6 | -0,285 | -3303 |
| 120 | +1,6069 | 52,2 | 0,742617 | 14,6 | -0,6425 | -7550 |
| 150 | +1,9017 | 61,8 | 0,376591 | 7,4 | -0,72353 | -8565 |
| 180 | +2 | 65 | 0 | 0 | -0,715 | -8494 |
| 210 | +1,90165 | 61,8 | -0,37659 | -7,4 | -0,72353 | -8565 |
| 240 | +1,6068 | 52,2 | -0,74262 | -14,6 | -0,6425 | -7550 |
| 270 | 1,1425 | 37 | -1 | -19,5 | -0,285 | -3303 |
| 300 | +0,606875 | 19,6 | -0,98943 | -19,3 | 0,3575 | +4247 |
| 330 | +0,1696 | 5,4 | -0,62341 | -12,1 | 1,008525 | +11868 |
| 360 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1,285 | +15101 |
III. Динамика.
Силы давления газов.
Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертываем по углу поворота кривошипа по методу Брикса.
Поправка Брикса:
,
где Мs– масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.
Масштабы развернутой диаграммы: давлений и удельных сил
Мр = 0,05 МПа в мм; полных сил Мр = Мр·Fп = 0,05·0,00332 = 0,000166 МН
в мм, или Мр = 166 Н в мм.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 42 |
| Динамический расчет КШМ |
и заносим в табл. 14 динамического расчета.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 566; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!