Тепловий розрахунок двигуна

Основні параметри  циліндра і двигуна

На основі заданих: ефективної потужності, номінальної частоти  обертання колінчастого вала, розрахунку середнього ефективного тиску, тактності  двигуна і числа циліндрів  визначаємо робочий об’єм двигуна  за формулою:

Робочий об’єм одного циліндра: 

Прийнявши попередньо згідно з таблицею 3.3 відношення к=S/D,

визначаємо, округлюючи до цілого,  діаметр циліндра і хід поршя  за формулами:

мм;                                    

        S = D·k = 120·1,1 = 132 мм.                                           

Остаточно уточнюємо основні  розміри і параметри двигуна  за формулами:

–робочий об’єм  двигуна:

–діаметр циліндра за формулою:

                                                                 мм    

–хід поршня за формулою:

        S = D·k = 120·1,1 = 132 мм;                                           

–площу дна поршня:

–середню швидкість поршня:

V_п.с.=  S·n_е/ 30·10³ = 132·2600 / 30·10³=  11,44 м/с.

Похибка Δ= (11,44 –11) ·100/12 =2,27%.

Якщо похибка між прийнятою  і розрахунковою  середньою швидкістю  руху поршня V_п.с. перебільшує 4%, ведуть перерахунок ефективних показників двигуна.     

Визначаємо  ефективну  потужність двигуна:

кВт.

Потужність двигуна, віднесену  до 1л об’єму, визначаємо за формулою:

Для автотракторних двигунів літрова потужність знаходиться  у межах 20…50 кВт/л.

Погодинну витрата палива визначаємо за формулою:  

Аркуш

КП.ДВЗ.В05

Із.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Тепловий баланс двигуна

Тепло, що вводиться до циліндрів  двигуна, розподіляється за   наступними складовими:

, Дж/с,                     

де загальна кількість  теплоти, що вводиться в двигун з  паливом,

, Дж/с;    

,Дж/с;    

теплота, еквівалентна ефективній роботі за 1 с,

                                              Q_e=1000·N_e,Дж/с; 

Q_e=1000·159.4=159400,Дж/с;   

теплота, що передається  охолоджуючому середовищу

, Дж/с;     

де с - коефіцієнт пропорційності, для чотиритактних двигунів с = 0,45…0, 53  (переважно приймають с = 0,5); i – число циліндрів; D – діаметр   циліндра, m – показник степені,  для чотиритактних двигунів m = 0,6…0,7;

n_е– число обертів колінчастого вала двигуна,хв^-1;

, Дж/с;     

теплота, винесена з відпрацьованими  газами,

,Дж/с;

де t_г =Т_г – 273, ⁰С;

, – відповідно теплоємності відпрацьованих газів і свіжого заряду, кДж / (кмоль·град);

, Дж/с;     

–  невраховані втрати теплоти: 

, Дж/с,

, Дж/с,

Аркуш

КП.ДВЗ.В05

Із.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Складові  теплового балансу  зводять  в таблицю  (зразок – таблиця 1,2).

Таблиця1.2 – Складові теплового балансу двигуна

Аркуш

КП.ДВЗ.В05

Із.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Побудова індикаторної діаграми

Вибираємо масштаби: ходу поршня – µS =1 мм/мм; тиску – µ_р = 0,03 МПа / мм; = S=АВ (по  осі абсцис). АВ= 132 мм.  Знаходимо приведену згідно з масштабом величину об’єму камери згоряння:

            ОВ=ОА+АВ=9+ 132 =141 мм.

Визначаємо максимальну  висоту індикаторної діаграми:

                                     А_Z= P_Z/ µр= 6,46 /0,03 = 202мм. 

Відношення висоти індикаторної діаграми до її ширини у нашому випадку становить 202/141 = 1,43.

Знаходимо значення відрізків  залежно від раніше визначених величин  тиску в характерних точках діаграми (таблиця 1.3).

Таблиця 1.3 – Тиск (відрізки) у характерних точках індикаторної діаграми

Для розрахунку значень координат  політроп стиску і розширення скористаємось  аналітичним способом.

Координати політропи  стиску розраховуємо за формулою:

                                    р_хс=р_а· (V_a/V_x)ⁿ¹ = 0,089· (V_a/V_x)^1,34.

Значення об’ємуV_a  відповідає абсцисі ОВ, значення V_x – ОХ і знаходяться у межах від V_x = V_а= ОВ до V_x = V_с= ОА. Тобто, відношення V_а / V_x = ОВ / ОХ = 1…ε.

Координати політропи  розширення розраховуємо за формулою, аналогічною формулі для політропи  стиску:

                                     р_хр=р_b· (V_a/V_x)ⁿ²= 0,306· (V_a/V_x)^1,26.

Для зручності при розрахунках  використаємо рівняння:

 р_хс / µ_р = р_а / µ_р·(ОВ / ОХ)ⁿ¹ = 0,089 / 0,03·(ОВ / ОХ)^1,34= 2,96·(141/ОХ)^1,34;

   р_хр /µ_р = р_b /µ_р·(ОВ /ОХ)ⁿ²= 0,306 /0,03·(ОВ / ОХ)^1,26= 10,2·(141 /ОХ)^1,26.

Задаючи послідовно значення V_x= ОХ і розв’язуючи наведені рівняння, отримуємо координати точок політроп стиску і розширення (таблиця 1.4). Перша точка V_x= ОХ=8,5 відповідає об’єму камери згоряння.

Аркуш

КП.ДВЗ.В05

Із.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Таблиця 1.4 – Дані для побудови індикаторної діаграми

Нижче наведено алгоритм визначення координат для побудови політроп стиску і розширення за допомогою  програми в системі MathCad.

Таблиці значень ординат  точок політроп стиску і розширення, отримані в програмі MathCad , наведено в таблиці 1.5.

Таблиця 1.5 – Значення ординат політроп стиску і розширення для побудови індикаторної діаграми бензинового двигуна

Аркуш

КП.ДВЗ.В05

Із.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Скруглення  індикаторної діаграми

У сучасних швидкохідних  двигунах початок випуску  відпрацьованих газів (відкриття клапана) проводять  за 40…80° до НМТ (точка r’), а закриття клапана – після 15…60° за ВМТ (точка a^’), причому більш швидкохідним двигунам відповідають більші значення кута. Кути відкриття і закриття впускних клапанів: відкриття – 9…35⁰ до ВМТ; закриття – 40…80⁰ після НМТ. 

Для врахування фаз газорозподілу  і кута випередження запалювання  на характер зміни індикаторної діаграми скористаємось даними, які наведено в таблиці 1.6, для двигуна-прототипу КаМаЗ 740-10.10.

Таблиця1.6 – Фази газорозподілу двигуна КаМаЗ 740-10.10  і їх позначення точками на діаграмі

Кути відкриття і закриття клапанів для конкретних двигунів наведено  в технічній літературі і інструкціях  по експлуатації двигунів.

Абсциса кожної з названих раніше характерних точок визначається графічно за методом проф. Брікса Ф.А.

Для цього, під індикаторною діаграмою будується півколо  діаметру, що дорівнює ходу поршня. З  центра півкола О в бік НМТ  відкладається в масштабі діаграми поправка Брікса,  яка визначається за формулою:

,мм,                                             

де  – відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна (вибирається за прототипом). 
            Отримують точку О^’. З точки О^’ проводять довільним радіусом (доцільно більшим за  R(1+ λ_ш/2) півколо, яке ділять на 12 (або більше) рівних частин, а потім – з центра О^’ проводять ряд променів під кутами, які проходять через точки поділу півкола з центром О^’ до кола з центром О. Півколо більшого радіусу витирають ластиком.  Точки перетину променів з головним півколом, починаючи від нуля (ВМТ) позначають через кожні 30⁰. Всього 24 точки. При цьому кожна точка матиме декілька номерів.

Для визначення тиску на індикаторній діаграмі, що відповідає заданому повороту кривошипа, відкладають  указаний кут на півколі діаграми Брікса відносно точки О^’ і проектують отриману точку перетину відповідного променя і півкола на індикаторну діаграму.

Аркуш

КП.ДВЗ.В05

Із.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Згідно з кутами відкриття  впускного і закриття випускного клапанів від центра О^’по колу відкладають кути: від ВМТ – закриття випускного клапана,   і відкриття впускного клапана, а також кут випередження запалювання; від НМТ – закриття впускного клапана і відкриття випускного клапана. Проекції кінців цих променів на лінії процесів впуску, стиску, розширення, випуску показують на діаграмі, які точки робочого процесу відповідають тим чи іншим кутам повороту колінчастого вала.

При подачі іскри (впорскуванні палива) в точці c^’(рисунок 3.5) і після приходу поршня в ВМТ тиск в циліндрі двигуна буде більший за р_с , а саме:

р_с^’’= (1,15…1,25)· Р_с , МПа.

Ордината точки c^’’ визначиться так:

А_с^’’= р_с^’’/  µ_р,мм.

Ордината точки b’’ визначиться так:

В^’’= 0,5 (P_b+P_r) / µ_р мм.

Скруглення індикаторної діаграми здійснюється з урахуванням  координат указаних вище точок. Починають  скруглення з точки b^’. За координатами точок будується індикаторна діаграма дійсного циклу.

На рисунку 1.3  наведено скруглену індикаторну діаграму.

Аркуш

КП.ДВЗ.В05

Із.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Вступ

     Автомобіль це один із винаходів людства який впродовж століття користується великою популярністю і шаною серед покупців.

     Але всі автомобілі залишаються автомобілями. Він як і сто років назад має у своєму складі колеса, кузов, двигун , трансмісію, механізми керування. Проте всі агрегати і механізми автомобіля дістали колосальні зміни і істотно ускладнилися. Завдяки цьому різко зросла швидкість, потужність, економічність, комфортабельність автомобілів, поліпшився їхній дизайн. Крім того, розширилася номенклатура застосовуваних деталей і збільшилася їхня кількість. Сучасні автомобілі обладнанні різними електронними системами керування, що дозволяє краще слідкувати за роботою автомобіля.

   Основними задачами автозаводів є вдосконалення:

        • паливної апаратури(економічність);

        • зменшення маси двигунів;

        • вартість виробництва і експлуатації;

        • підвищення надійності роботи систем автомобілів;

        • системи вихлопу відпрацьованих газів в атмосферу;

        • зниження їх шуму.

       Впровадження цих задач вимагає від конструкторів, зв’язаних з виробництвом і експлуатацією двигунів, глибоких знань теорії, конструкції та розрахунку двигунів.

Важливим чином у придбанні  даних знань, що базуються на основних теоретичних положеннях дисципліни «Автомобільні двигуни».

     Курс «Автомобільні двигуни» є одним з базових у справі підготовки інженерно-технічних працівників автомобільного транспорту.

     Сучасна автомобільна силова установка (автомобільний двигун) являє собою одну з найскладніших машин, здатних перетворювати теплоту, що виділяється при згорянні палива, у механічну роботу. Процеси згоряння, виділення теплоти і перетворення її в механічну роботу продуктами згоряння відбувається у середині двигуна. Звідси й назва – двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).

КП.ДВЗ.В05

Із

Арк

№ док.

Підпис.

Дата

Вступ

Літ.

Аркуш

Аркушів

Розроб.

Пров.

АТ-091

Н. кон

Затв.