Курсовая Двигатели внутреннего сгорания 2 Цикл работы

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 22.11.2024

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= e × V_c, (2)

где e – степень сжатия;

V_a= 8×1 = 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 × e ⁿ^1, (4)

где p_a – давление при впуске, МПа;

p_c= 0,09×8 ^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

V_x

p_x, МПа

0,62

0,35

0,24

0,17

0,13

0,11

0,09

Давление в конце такта сгорания, МПа:

p_z= l × p_c, (6)

где l –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 / e 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

V_x

p_x, 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 n=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_eи массового расхода G_e от частоты вращения коленвала n_e.

Параметр	Отношение n_ei/ n_p
	0,16	0,22	0,44	0,66	0,88	1	1,11
n_e (об/мин)	700	1000	2000	3000	4000	4500	5000
P_e, кВт	13,6	19,33	41,1	60,6	73	75	73,1
T_e, H×м	185,5	186,6	196,2	192,9	174,3	159,2	139,6
g_e,гр/кВт∙ч	284,4	248	222,8	216,3	228,8	243,5	261,9
G_e, гр∙ч	3868	4794	9157	13108	16702	18263	19145

Графическая зависимость мощности P_e, вращающего момента Т_е, удельного расхода g_eи 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)

g – 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 t – тактность двигателя (t = 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

Параметр бензинового ДВС

Значение параметра

d = D

d = 92 мм

L= (0,8…1,1) d

L= 1^.92 = 92 мм

h=(0,6…1,0) d

h = 0,7^. 92 = 64 мм

l_ш = (3,5…4,5) r

l_ш = 4×41,5 = 166 мм

H = (1,25…1,65) d

H = 1,3×92 = 120 мм

d_k = (0,72…0,9) d

d_k = 0,8 × 92= 74 мм


d_ш = (0,63…0,7) d	d_ш = 0,65×92 = 60 мм
l_k = (0,54…0,7) d_k	l_k = 0,6×74 = 44 мм
l_шат = (0,73…1,05) d_ш	l_шат = 1×60 = 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;

d_п – диаметр пальца;

d_в – внутренний диаметр пальца;

l_п – длина пальца;

l₂ – расстояние между внутренними торцами бобышек;

d – толщина днища поршня;

d_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;

b_к – глубина канавки под поршневое кольцо;

L – расстояние от торца юбки поршня до канавки под кольцо головки поршня;

H – высота поршня;

d_ю – минимальная толщина направляющей части поршня;

d_ш – диаметр шатунной шейки;

d_к – диаметр коренной шейки коленвала;

l_шат – длина шатунной шейки;

l_к – 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.

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.

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.

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

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

-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

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.

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.

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.

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.

угол

Сила К

угол

Сила Т

угол

Сила N

угол

Сила S

-11354,2

-7378,93

-5761,63

-1157,84

-9262,71

-1073,99

-3458,3

-764,65

-3559,1

-572,887

2237,84

572,887

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

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

-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

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

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