Реферат


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 впускаПервый 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 сжатияВторой 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 расширенияТретий 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 выпускаЧетвертый 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.

Рисунок 1- Рабочий процесс четырехтактного двигателя

2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС
Объем камеры сгорания:
Vc = 1 (в условных единицах). (1)
Полный объем:
Va = Vc, (2)
где – степень сжатия;
Va = 81 = 8.
Показатель политропы сжатия:
n1 =1,41 – 100/ne, (3)
где ne – номинальная частота вращения коленвала, об./мин;
n1= 1,41 – 100/4500 = 1,39
Давление в конце такта сжатия, МПа:
pc = pa n1, (4)
где pa – давление при впуске, МПа;
pc = 0,098 1,39 = 1,62 МПа
Промежуточные точки политропы сжатия (табл. 1):
px = (Va / Vx) n1 pa, (5)
При px = (8 / 1) 1,39 0,09=1,62 МПа
Таблица 1. Значения политропы сжатия
Vx 2 3 4 5 6 7 8
px, МПа 0,62 0,35 0,24 0,17 0,13 0,11 0,09
Давление в конце такта сгорания, МПа:
pz = pc, (6)
где – степень повышения давления;
pz = 3,8 1,62 = 6,16 МПа
Показатель политропы расширения:
n2 =1,22 – 130/ne, (7)
n2 = 1,22 – 130/4500 = 1,19
Давление в конце такта расширения:
pb = pz / n2, (8)
pb= 6,16/81,19= 0,52 МПа
Промежуточные точки политропы расширения (табл. 2):
px = (Vb / Vx) n2 pb. (9)
При px = (8 / 1) 1,19 0,52= 6,16 МПа
Таблица 2. Значения политропы расширения
Vx 2 3 4 5 6 7 8
px, МПа 2,71 1,67 1,19 0,91 0,73 0,61 0,52
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 ДВСМощность Pe, кВт:
, (14)
nei – текущие (принимаемые) значения частоты вращения коленчатого вала;
np – 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 Pe, вращающего момента Те, удельного расхода ge и массового расхода Ge от частоты вращения коленвала ne.
Параметр Отношение nei/ np
0,16 0,22 0,44 0,66 0,88 1 1,11
ne (об/мин) 700 1000 2000 3000 4000 4500 5000
Pe, кВт 13,6 19,33 41,1 60,6 73 75 73,1
Te, Hм 185,5 186,6 196,2 192,9 174,3 159,2 139,6
ge, гр/кВт∙ч 284,4 248 222,8 216,3 228,8 243,5 261,9
Ge, гр∙ч 3868 4794 9157 13108 16702 18263 19145
Графическая зависимость мощности Pe, вращающего момента Те, удельного расхода ge и массового расхода Ge от частоты вращения коленвала ne 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)
lш – длина шатуна, м;
r – радиус кривошипа (r = 0,0415 м). Принимаем:
lш = 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);
Pе – 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
Параметр бензинового ДВС Значение параметра
d = D d = 92 мм

d



L= (0,8…1,1) d L= 1.92 = 92 мм
h=(0,6…1,0) d h = 0,7. 92 = 64 мм

lш = (3,5…4,5) r lш = 441,5 = 166 мм
H = (1,25…1,65) d H = 1,392 = 120 мм
dk = (0,72…0,9) d dk = 0,8 92= 74 мм
dш = (0,63…0,7) d dш = 0,6592 = 60 мм
lk = (0,54…0,7) dk lk = 0,674 = 44 мм
lшат = (0,73…1,05) dш lшат = 160 = 60 мм
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;
dп – диаметр пальца;
dв – внутренний диаметр пальца;
lп – длина пальца;
l2 – расстояние между внутренними торцами бобышек;
– толщина днища поршня;
d – внешний диаметр внутреннего торца бобышек;
с1 – расстояние от днища поршня до первой канавки под поршневое кольцо;
е1 – толщина стенки головки поршня;
h – расстояние от днища поршня до центра отверстия под палец;
bк – глубина канавки под поршневое кольцо;
L – расстояние от торца юбки поршня до канавки под кольцо головки поршня;
H – высота поршня;
ю – минимальная толщина направляющей части поршня;
dш – диаметр шатунной шейки;
dк – диаметр коренной шейки коленвала;
lшат – длина шатунной шейки;
lк – длина коренной шейки коленвала.
Полученные расчетом параметры используем для проектирования кривошипно-шатунного механизма (рисунок 5).
6. Определение основных параметров ДВС
Крутящий момент, Н∙м:
(27)

Литровая мощность, кВт/л:
(28)

Удельная поршневая мощность, кВт/дм2:
(29)

Механический КПД:
(30)

Индикаторный КПД:
, (31)
где – коэффициент избытка воздуха ( = 0,9)
= 14.96 (для бензиновых двигателей)
– низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг. = 44
– плотность топливо – воздушной смеси, кг/м3. =1,22
= 0,7

Эффективный КПД:
(32)

Удельный расход, г/кВт∙ч:
(33)

Массовый расход, г∙ч:
(34)

Перемещение поршня
Зависимость перемещения поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле:
(35)
Строим график перемещения поршня из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–3600 с шагом 300.
\s
Скорость поршня
Зависимость скорости поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле:
(36)
Строим график скорости поршня из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–3600 с шагом 300.
\s
Ускорение поршня
Зависимость скорости поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле:
(37)
Строим график ускорения поршня из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–3600 с шагом 300.
\s
Силы, действующие в двигателе
Сила инерции
Сила инерции определяется по формуле:
, (38)
где - угловая скорость поршня, определяемая по формуле:
, (39)
где - номинальная частота вращения двигателя. =4500 об/мин.
.
- приведенная масса поршня, определяемая по формуле:
, (40)
где - масса поршня, определяемая по формуле:
(41)

- масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
, (42)
где - масса шатуна, определяемая по формуле:
(43)


В итоге по формуле (40) определяем приведенную массу поршня:

Значения силы инерции в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5.
Сила давления газов
Сила давления газов определяется по формуле:
, (44)
где - значения давления при данном угле поворота.
- атмосферное давление. =0,1 МПа.
- площадь поршня.
Площадь поршня определим по формуле:
(45)

Значения силы давления газов в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5.
Суммарная сила
Суммарная сила определится по формуле:
(46)
Значения суммарной силы в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5.
Таблица 5. Зависимости силы давления газов, силы инерции и суммарной силы от угла поворота коленчатого вала
Угол Давление, МПа Сила давления газов, Н Ускорение, м/с2 Сила инерции, Н Суммарная сила, Н
0 0,125 165 11519,19 -11519,19 -11354,19
30 0,09 -66 9123,197 -9123,197 -9189,197
60 0,09 -66 3409,68 -3409,68 -3475,68
90 0,09 -66 -2303,84 2303,84 2237,84
120 0,09 -66 -5713,52 5713,52 5647,52
150 0,09 -66 -6819,36 6819,36 6753,36
180 0,09 -66 -6911,51 6911,51 6845,51
210 0,1 0 -6819,36 6819,36 6819,36
240 0,12 132 -5713,52 5713,52 5845,52
270 0,15 330 -2303,84 2303,84 2633,84
300 0,33 1518 3409,68 -3409,68 -1891,68
330 0,79 4554 9123,197 -9123,197 -4569,197
360 1,62 10032 11519,19 -11519,19 -1487,19
390 3,7 23760 9123,197 -9123,197 14636,803
420 1,6 9900 3409,68 -3409,68 6490,32
450 0,82 4752 -2303,84 2303,84 7055,84
480 0,65 3630 -5713,52 5713,52 9343,52
510 0,54 2904 -6819,36 6819,36 9723,36
540 0,44 2244 -6911,51 6911,51 9155,51
570 0,125 165 -6819,36 6819,36 6984,36
600 0,125 165 -5713,52 5713,52 5878,52
630 0,125 165 -2303,84 2303,84 2468,84
660 0,125 165 3409,68 -3409,68 -3244,68
690 0,125 165 9123,197 -9123,197 -8958,197
720 0,125 165 11519,19 -11519,19 -11354,19
\s
Сила, направленная по радиусу кривошипа
Сила, направленная по радиусу кривошипа определяется по формуле:
(47)
Строим график изменения силы К из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300.
\s
Тангенциальная сила
Тангенциальная сила определяется по формуле:
(48)
Строим график изменения тангенциальной силы из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300.
\s
Нормальная сила
Нормальная сила определяется по формуле:
(49)
Строим график изменения нормальной силы из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300.
\s
Сила, действующая по оси шатуна
Сила, действующая по оси шатуна, определяется по формуле:
(50)
Строим график изменения силы, действующей по оси шатуна из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300.
\s
угол Сила К угол Сила Т угол Сила N угол Сила S
0 -11354,2 0 0 0 0 0 -11354,2
30 -7378,93 30 -5761,63 30 -1157,84 30 -9262,71
60 -1073,99 60 -3458,3 60 -764,65 60 -3559,1
90 -572,887 90 2237,84 90 572,887 90 2309,451
120 -3902,44 120 4162,222 120 1242,454 120 5783,06
150 -6273,87 150 2519,003 150 850,9234 150 6807,387
180 -6845,51 180 0 180 0 180 6845,51
210 -6335,19 210 -2543,62 210 -859,239 210 6873,915
240 -4039,25 240 -4308,15 240 -1286,01 240 5985,812
270 -674,263 270 -2633,84 270 -674,263 270 2718,123
300 -584,529 300 1882,222 300 416,1696 300 -1937,08
330 -3669,07 330 2864,887 330 575,7188 330 -4605,75
360 -1487,19 360 0 360 0 360 -1487,19
390 11753,35 390 9177,275 390 1844,237 390 14753,9
420 2005,509 420 6457,868 420 1427,87 420 6646,088
450 -1806,3 450 7055,84 450 1806,295 450 7281,627
480 -6456,37 480 6886,174 480 2055,574 480 9567,764
510 -9033 510 3626,813 510 1225,143 510 9801,147
540 -9155,51 540 0 540 0 540 9155,51
570 -6488,47 570 -2605,17 570 -880,029 570 7040,235
600 -4062,06 600 -4332,47 600 -1293,27 600 6019,604
630 -632,023 630 -2468,84 630 -632,023 630 2547,843
660 -1002,61 660 3228,457 660 713,8296 660 -3322,55
690 -7193,43 690 5616,79 690 1128,733 690 -9029,86
720 -11354,2 720 0 720 0 720 -11354,2
Средний крутящий момент
\s
угол Крутящий момент ср. момент
0 0 0
30 -239,1075005 -71,925252
60 -143,5195164 -234,1036
90 92,87036 173,9265
120 172,732223 670,601599
150 104,5386361 607,040943
180 0 0
210 -105,5602831
240 -178,788152
270 -109,30436
300 78,1121964
330 118,8927905
360 0
390 380,8569325
420 268,0015386
450 292,81736
480 285,776231
510 150,5127511
540 0
570 -108,1144006
600 -179,7974735
630 -102,45686
660 133,9809489
690 233,096765
720 0
, где Тх – значение тангенциальной силы при данном угле поворота.
Тср.= 163,2 Н∙м, что составляет разницу с ранее
посчитанным моментом (27) 2,45%.
7. Тепловой баланс двигателя
Теплота сгорания израсходованного топлива:
(51)

Эквивалентная эффективная теплота работы двигателя:
(52)

Список литературы
1. Сырямин Ю.Н. Двигатели внутреннего сгорания. Методические указания к выполнению расчетно-графического упражнения. Н., 1998. 13 с.
2. Сергеев В.П. Автотракторный транспорт. М., 1984. 304 с.
3. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М., 1971.
4. Орлин А.И. Двигатели внутреннего сгорания. М., 1970. 384 с.
5. СТП СГУПС 01.01–2000. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. 41 с.

Приложенные файлы


Добавить комментарий