146985 (Двигатели внутреннего сгорания)

Содержание

1. Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС

2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС

3. Расчет и построение внешней характеристики ДВС

4. Построение диаграммы фаз газораспределения

5. Проектирование кривошипно-шатунного механизма

6. Определение основных параметров ДВС

7. Тепловой баланс двигателя

Список литературы

1. Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС

Рассмотрим действительный цикл работы четырехтактного дизельного двигателя по мере происходящих в нем процессов.

Процесс впуска

Первый такт – впуск горючей смеси.

Во время такта впуска (рис. 1, а), когда поршень 1 движется от В.М.Т. к Н.М.Т., а впускной клапан 3 открыт, в цилиндр 2 поступает атмосферный воздух, который, нагреваясь в процессе сжатия, воспламеняет топливо, впрыскиваемое в конце такта сжатия. Гидравлическое сопротивление впускного трубопровода повышает давление воздуха в конце такта впуска до 0,08 МПа. Температура воздуха в цилиндре составляет 50–80° С.

Процесс сжатия

Второй такт – сжатие смеси.

Во время такта сжатия (рисунок 1, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура, и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия (е=7,8) давление и температура воздуха достигают значений 3,419МПа и 600 °С соответственно. В конце такта в цилиндр через форсунку 4 (рисунок, 1, в) впрыскивается топливо. В зависимости от формы камеры сгорания и типа форсунки давление впрыска находится в пределах 8…40 МПа.

Процесс сгорания и расширения

Третий такт – расширение, или рабочий ход.

Впрыснутое распыленное топливо, перемешиваясь со сжатым воздухом, самовоспламеняется и сгорает. При этом температура газов к концу сгорания повышается до 1600 °С, а давление до 7,864МПа. В конце такта расширения температура снижается до 700…1000⁰С, а давление до 0,677МПа. Под давлением газов, образующихся в результате сгорания топливовоздушной смеси, поршень перемещается от В.М.Т. к Н.М.Т., совершая механическую работу (рисунок 1, в).

Процесс выпуска

Четвертый такт – выпуск отработавших газов.

Продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу (рисунок 1, г). Температура выпуска равна 600…700 °С, а давление газов – 0,125МПа.

2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС

Объем камеры сгорания:

V_c = 1 (в условных единицах). (1)

Полный объем:

V_a = V_c, (2)

где – степень сжатия;

V_a = 81 = 8.

Показатель политропы сжатия:

n₁ =1,41 – 100/n_e, (3)

где n_e – номинальная частота вращения коленвала, об./мин;

n₁= 1,41 – 100/4500 = 1,39

Давление в конце такта сжатия, МПа:

p_c = p_a ^n1, (4)

где p_a – давление при впуске, МПа;

p_c = 0,098 ^1,39 = 1,62 МПа

Промежуточные точки политропы сжатия (табл. 1):

p_x = (V_a / V_x) ⁿ¹ p_a, (5)

При p_x = (8 / 1) ^1,39 0,09=1,62 МПа

Таблица 1. Значения политропы сжатия

Давление в конце такта сгорания, МПа:

p_z = p_c, (6)

где – степень повышения давления;

p_z = 3,8 1,62 = 6,16 МПа

Показатель политропы расширения:

n₂ =1,22 – 130/n_e, (7)

n₂ = 1,22 – 130/4500 = 1,19

Давление в конце такта расширения:

p_b = p_z / ⁿ²_, (8)

p_b= 6,16/8^1,19= 0,52 МПа

Промежуточные точки политропы расширения (табл. 2):

p_x = (V_b / V_x) ⁿ² p_b. (9)

При p_x = (8 / 1) ^1,19 0,52= 6,16 МПа

Таблица 2. Значения политропы расширения

Среднее теоретическое индикаторное давление, МПа:

, (10)

МПа.

Среднее давление механических потерь, МПа:

, (11)

где – средняя скорость поршня в цикле. Предварительно = .

МПа

Действительное индикаторное давление, МПа, с учетом коэффициента скругления диаграммы =0,95:

, (12)

где – давление выхлопных газов, МПа.

МПа

Среднее эффективное давление цикла:

, (13)

МПа

Полученные расчетом данные используем для построения индикаторной диаграммы (рисунок 2).

3. Расчет и построение внешней характеристики ДВС

Мощность P_e, кВт_:

, (14)

n_ei – текущие (принимаемые) значения частоты вращения коленчатого вала;

n_p – номинальная частота вращения.

Вращающий момент, Н∙м:

, (15)

Удельный расход, гр/кВт∙ч:

(16)

Массовый расход, кг∙ч:

(17)

Полученные расчетом значения сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Зависимость мощности P_e, вращающего момента Т_е, удельного расхода g_e и массового расхода G_e от частоты вращения коленвала n_e.

Графическая зависимость мощности P_e, вращающего момента Т_е, удельного расхода g_e и массового расхода G_e от частоты вращения коленвала n_e отображена на рисунке 4.

4. Построение диаграммы фаз газораспределения

Радиус кривошипа коленвала, м:

r = S / 2, (18)

r = 0,083/2 = 0,0415 м

4.2 Отрезок ОО₁ (см. диаграмму фаз газораспределения, рис. 3):

, (19)

где r – радиус кривошипа в масштабе индикаторной диаграммы (r=55 мм)

– коэффициент;

, (20)

l_ш – длина шатуна, м;

r – радиус кривошипа (r = 0,0415 м). Принимаем:

l_ш = 4r; (21)

Отсюда,

мм, (22)

Угол впрыска:

Полученные расчетом данные используем для построения диаграммы фаз газораспределения (рисунок 3) и ее связи с индикаторной диаграммой (рисунок 2).

5. Проектирование кривошипно-шатунного механизма

Рабочий объем цилиндра, л:

, (23)

где – тактность двигателя ( = 4);

P_е – заданная мощность двигателя, кВт;

i – заданное число цилиндров,

5.2 Рабочий объем, м³:

, (24)

где D – диаметр поршня, м:

, (25)

S – неизвестный ход поршня, м.

Зная отношение S/D=0,9, определим:

м;

Принимаем 92 мм. Тогда мм.

5.3 Средняя скорость поршня, м/с:

, (26)

м/с < 13 м/с = [ ]

Здесь [ ] – максимальная допускаемая скорость поршня.

Таблица 4. Параметры бензинового ДВС

При известном диаметре поршня его остальные основные размеры определяются из эмпирических соотношений. Результаты расчетов приведены в таблице 4.

Обозначения, принятые в таблице 4:

d – диаметр поршня;