Тепловой и динамический расчёты автомобильного двигателя

-давление  газов в конце расширения  p_b, МПа

=6,577/15,25=0,4313МПа

где n₂ =1,24— показатель политропы расширения.

   

-температуру  в конце расширения T_b, К

=2716/1,694=1603К 

  Проводим  проверку правильности предварительного выбора температуры остаточных газов T_r по формуле:

=1603/1,532=1046К

  При этом относительная погрешность  =

  =1046-1000/1000*100%=4,6% ,что не  превышает допустимое  значение  5-7%. 
 
 

2.8. Индикаторные показатели  цикла 

  Определяем:

  -среднее  индикаторное давление цикла  (расчётное) , МПа

=    МПа 
 

  -среднее  индикаторное давление цикла  (действительное) , МПа

=0,94*1,075=1,0105 МПа

где j =0,94 — коэффициент скругления индикаторной диаграммы. 
 

  -индикаторный  КПД h_i

=  

  -удельный  индикаторный расход топлива  g_i, г/(кВт×ч)

= г/(кВт×ч) 

2.9. Эффективные показатели  рабочего цикла 
 

Определяем: 

-давление  механических потерь p_M, МПа, при i=8, S/D<1

  

=0,0400+0,0130*10=0,17МПа

 где  v_ср — средняя скорость поршня (v_ср=10-15 м/с). 
 

-среднее  эффективное давление p_e, МПа

=1,0105-0,17=0,8405МПа 
 

-механический  КПД h_м

=0,8405/1,0105=0,8318 
 

-эффективный  КПД h_е

=0,3344*0,8318=0,2782 
 

-удельный  эффективный расход топлива  g_е, г/(кВт×ч)

= г/(кВт×ч) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.10. Основные размеры  двигателя 
 

Определяем: 

-литраж  двигателя V_л, л

л

где N_max — максимальная мощность двигателя, кВт; t — тактность двигателя; n_N — номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин. 

-рабочий  объём цилиндра V_h, л

=3,059/8=0,3824 л

где i — число цилиндров двигателя. 

-диаметр  цилиндра D, мм

  

=  мм

где m=S/D=1 — отношение хода поршня к диаметру цилиндра. 

-ход  поршня S, мм

  

=1*79=79мм

  По  величинам D и S, выраженные в миллиметрах, окончательно определяются параметры двигателя:

-литраж  двигателя, л 

л

-максимальная  мощность, кВт 

 кВт

-литровая мощность, кВт/л 

=151,8/3,096=49,03   кВт/л                

-часовой  расход топлива, кг/ч 

 кг/ч

-средняя  скорость поршня, м/с 

=18,43 м/с 
 
 
 
 
 
 

2.11. Расчёт и построение  индикаторной диаграммы 

  По  результатам теплового расчёта  на листе миллиметровой бумаги формата А4 строим индикаторную диаграмму цикла.

  Построение  индикаторной диаграммы проводится следующим образом.

  В координатах p–V по оси абсцисс (ось V) от начала координат откладываем объём камеры сгорания V_С, масштабное значение которого принимаем равным 20 мм. Полный объём цилиндра равен V_a=eV_C =9*20=180мм. Значение величины V_a также откладываем от начала координат. Через полученные точки проводим вертикальные линии, соответствующие верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мёртвым точкам.

  Для получения нормальной конфигурации индикаторной диаграммы принимаем масштаб давления М(p) в пределах 0,03 Па/мм.

  В соответствии с принятой величиной  М(p) размечаем шкалу давления по оси ординат, и на линиях ВМТ и НМТ наносим основные точки индикаторной диаграммы r, a, c, z, b, положения которых соответствует величинам давлений p_r, p_a, p_c, p_z, p_b, полученным в ходе теплового расчёта. Наносим также линию атмосферного давления p₀.

  Величины  давления в масштабе:

p_r=0,12/0,03=4мм

p_a=0,08514/0,03=2,838 мм

p_c=1,766/0,03=58,86 мм

p_z=6,577/0,03=219,23 мм

p_b=0,4313/0,03=14,37 мм

p₀=0,1/0,03=3,3 мм

  Принимаем: p_r =4мм, p_a =2мм, т.к величины p_r, p₀ и p_a графически очень близки друг к другу, то условно откладываем на диаграмме давления p_r и p_a на 1 мм соответственно выше и ниже линии атмосферного давления p₀.

  Затем проводим построение линий политроп сжатия и расширения. Для построения политропы сжатия p_c=f(V) предварительно выбираем несколько промежуточных точек, расположенных между крайними точками с и а с объёмами

V₁=1,2V_C= 1,2*20=24мм                                 V₅=3V_C=3*20=60мм

V₂=1,5V_C =1,5*20=30мм                                 V₆=3,5V_C =3,5*20=70мм

V₃=2V_C=2*20=40мм                                       V₇=4V_C   =4*20=80мм

V₄=2,5V_C=2,5820=50мм                                 V₈=4,5V_C =4,5*20=90мм 

 

  Через точки на оси абсцисс, соответствующие  промежуточным объёмам V_i (отложенным от начала координат), проводим вертикальные линии, на которых откладываем значения давлений p_сi. Эти значения определяем из уравнения политропы сжатия — :

; 
 
 

p₁ = 45,77мм                             

p₂ = 33,64мм

p₃ = 22,62мм                             

p₄ = 6,62мм                             

p₅ = 12,93мм                             

p₆= 10,45мм                             

p₇ = 8,690мм                             

p₈= 7,386мм                               

  Полученные  точки, а также точки с и а соединяем плавной линией.

  Для построения политропы расширения p_р=f(V) определяе значения давления в цилиндре p_рi при тех же промежуточных объёмах V_i. Согласно уравнению политропы расширения

.               

p₁ = 174,8мм                             

p₂ = 132,5мм

p₃ = 92,78мм                             

p₄ = 70,35мм                             

p₅ = 56,12мм                             

p₆= 46,35мм                             

p₇ = 39,28мм                             

p₈= 33,94мм                             

                  

  Значения  давлений p_рi откладываем на соответствующих вертикальных линиях. Полученные точки, а также точки z и b соединяем плавной кривой.

  Теоретическая (нескруглённая) индикаторная диаграмма  raczbr затем скругляется в точках c, z и b. Положение точки z' определяем из соотношения =0,85*219,23=186,4мм 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ  ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЁТА 
 
 

3.1. Исходные данные 

  Динамический  расчёт автомобильного двигателя заключается  в определении сил, действующих  на детали кривошипно-шатунного механизма.

  Исходными данными для динамического расчёта  двигателя являются результаты теплового расчёта.

  Дополнительно выбираем и рассчитываем следующие параметры:

  — отношение радиуса кривошипа  к длине шатуна =0,30.

  —  конструктивная или относительная  масса поршневой группы (масса, отнесённая к единице площади днища поршня)

  m'_п=100 кг/м²;

  — конструктивная масса шатунной группы m'_ш=120кг/м²;

  — конструктивная масса колена вала m'_к=170 кг/м².

  Выбор конструктивных масс m'_п, m'_ш и m'_к осуществляется по данным справочной литературы [1, табл. 8.1].При выборе этих значений учитывается тип двигателя (карбюраторный), материал поршня (алюминиевый сплав),  диаметр цилиндра (D=79мм) и быстроходность двигателя.

  — конструктивная масса шатунной группы, сосредоточенная на оси поршневого пальца m'_шп, кг/м²

 кг/м² 

  — конструктивная масса шатунной группы, сосредоточенная на оси шатунной шейки m'_шк, кг/м²

=120-24=96 кг/м² 

  — конструктивная масса возвратно-поступательно  движущихся частей кривошипно-шатунного механизма m'_j, кг/м²