Тепловой расчет двигателя

Содержание:

 

1. Тепловой  расчет двигателя

Задание:

    В курсовом проекте рассматривается  двухтактный карбюраторный двухцилиндровый  мотоциклетный двигатель ИЖ-Планета-5 

    Рабочий объем двигателя W = 346 см³.

    Количество  цилиндров i = 2;

    Диаметр цилиндра D = 72 мм = 0,072 м;

    Ход поршня S = 85 мм = 0,085 м;

    Наклон  цилиндров 15° к вертикали;

    Обороты максимальной мощности: ;

    Геометрическая  степень сжатия: ;

    Доля  хода, занятая продувочными окнами: .

Выбор и обоснование  исходных данных:

    Давление  и температура окружающей среды:

     ;  .

    Коэффициент избытка воздуха для сгорания:

     .

    Коэффициенты  полезного тепловыделения, для  карбюраторных двигателей выбираются из интервала 0,85…0,95 [4]:

     ;  .

    Коэффициент остаточных газов – отношение  количества оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла газов к  количеству поступившего свежего заряда. Для двухтактного двигателя с петлевой продувкой . Двигатели большей быстроходности характеризуются большим значением [4]. Принимаем: .

    Давление  и температура остаточных газов:

     ;     .

    Подогрев  заряда от стенок – температура  подогрева за счет тепла стенок цилиндра, которых касается газ при наполнении цилиндра, и температуры остаточных газов. Для карбюраторных двигателей [4]. Принимаем: .

    Коэффициент скругления индикаторной диаграммы: меньшие значения выбирают для дизелей, большие – для двигателей с электрическим зажиганием) [2]. Принимаем: .

    Средняя молекулярная теплоемкость газов при  постоянном объеме:

• топливная смесь [4];
• остаточные газы [4].

    Механический  к.п.д.:

     .

 

    

Предварительный расчет:

    Действительная  степень сжатия:

     . В дальнейшем при расчетах  будем пользоваться действительной  степенью сжатия.

    Давление  продувки (после компрессора –  кривошипной камеры):

     .

    Показатель  политропы сжатия в нагнетателе:

     .

    Коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоемкостей  смеси и остаточных газов:

     .

 

    

Наполнение:

    Температура воздуха перед впускными органами:

      К.

    Давление  в начале сжатия:

     .

    Коэффициент наполнения:

    

    Коэффициент наполнения, отнесенный к полному  ходу поршня:

     .

    Температура рабочего тела в начале сжатия:

    

Сжатие:

    Находим показатель политропы сжатия из уравнения:

     , где  ; ,

    используя программу MathCAD .

    Давление  в конце сжатия:

     .

    Температура в конце сжатия:

     .

    Средняя теплоемкость при сжатии:

     .

Сгорание:

    Количество  воздуха, теоретически необходимое  для сгорания:

    

    где С, Н, О определяются из среднего элементарного  состава 1 кг бензина (кг) или количество воздух в кг:

     .

    Молекулярный  вес топлива:

    

    Количество  свежего заряда:

     .

    Количество  продуктов сгорания (при  ):

    

    Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

     .

    Действительный  коэффициент молекулярного изменения:

     .

    Коэффициент молекулярного изменения в точке  z:

     .

    Низшая  теплотворная способность бензина:

    

    Потери  от неполноты сгорания:

    

    Находим среднюю мольную теплоемкость и  температуру продуктов сгорания (при  ) из системы уравнений:

      где 

    используя программу MathCAD ; .

    Степень повышения давления:

    

    Теоретическое максимальное давление:

     .

      – действительное значение  давления, в дальнейшем при расчетах  будем брать  .

Расширение:

    Степень предварительного расширения для карбюраторных  двигателей:

     .

    Степень последующего расширения для карбюраторных  двигателей:

     .

    Показатель  политропы расширения определяем по формуле НАТИ:

    

    Температура в конце расширения:

     .

    Давление  в конце расширения:

     . 

    Проверка  по формуле Е.К. Мазинга: температура  остаточных газов (относительная ошибка должна быть менее 15%):

      – ошибка составила 1,7%.

 

    

2. Построение  индикаторной диаграммы

 

    Площадь поршня:

     .

    Часть рабочего хода занята продувочными окнами ( ). Полный ход поршня S = 58 мм. Тогда угол поворота, соответствующий открытию продувочного окна найдем из уравнения:

     , используя программу MathCad получим , тогда:

     - расширение;

     - выпуск.

     - впуск;

     - сжатие; 

    А) процесс впуска:

     ; 

    Б) процесс сжатия:

     ;

      – действительная степень  сжатия;

    где – рабочий объем цилиндра;

           – полный объем цилиндра;

           – объем камеры сгорания;

           – текущий объем цилиндра; 

    В) сгорание:

     . 

    Г) расширение:

     .

    По  результатам расчетов строим индикаторную диаграмму в координатах . Полученные значения заносим в таблицу.

Индикаторные  показатели:

    Среднее индикаторное давление теоретического цикла:

    

    Среднее индикаторное давление действительного  цикла для двухтактного двигателя:

     .

    Индикаторный  к.п.д.:

     .

    Удельный  индикаторный расход топлива:

     .

Эффективные показатели:

    Среднее эффективное давление и к.п.д.:

     .

     .

    Удельный  эффективный расход топлива:

     .

    Эффективная номинальная мощность:

    

    где в МПа; W в л; m – коэффициент тактности (для двухтактных двигателей m = 2).

      л.с.

Внешние скоростные характеристики:

    Максимальные  развиваемые обороты двигателя:

     .

    Произведем  расчет для диапазона оборотов:

     .

    Эффективная мощность двигателя:

     , результаты в таблицу [1].

    Удельный  расход топлива:

     , результаты в таблицу [1].

    Крутящий  момент:

     , результаты в таблицу [1].

3. Кинематический  расчет КШМ

 

    

    S – ход поршня (58 мм);

    s – путь поршня;

    a – угол поворота коленчатого вала;

    b - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра;

    R – радиус кривошипа ( 28 мм);

    l_ш – длина шатуна;

      – отношение радиуса кривошипа  к длине шатуна;

     п – угловая скорость вращения коленчатого вала.

    Задача  кинематического расчета – нахождение перемещений, скоростей и ускорений  в зависимости от угла поворота коленчатого  вала. На основе кинематического расчета  проводятся динамический расчет и уравновешивание  двигателя.

Перемещение поршня:

      шаг 10°.

     , данные в таблицу [2].

Скорость  поршня:

     , данные в таблицу [2].

    Определяем  среднюю и максимальную скорости:

     .

     .

Ускорение поршня:

     , данные в таблицу [2]. 

 

    

4. Динамический  расчет КШМ

Приведение  масс деталей КШМ:

Приведение  масс деталей поршневой  группы:

    Конструктивная  масса поршневой группы:

     ;

    масса поршневой группы (массы собственно поршня, поршневых колец, поршневого пальца и заглушки):

     .

Приведение  масс деталей шатунной группы:

    Конструктивная  масса шатуна:

     ;

    Масса шатуна:

     .

    Длина шатуна:

     , принимаем .

    Зная  длину шатуна определяем длину от оси нижней головки шатуна до центра тяжести из соотношения: