Расчёт двигателя внутреннего сгорания

Значение  объема V_а соответствует абсциссе ОВ. Значения V_Х = ОХ будут лежать в пределах от V_X=V_a=OB до V_X=V_C=OA.

Следовательно, отношение  для различных значений ух может лежать в пределах:

 

Координаты  точек политропы расширения для  карбюраторного двигателя рассчитываются аналогично, МПа:

 

 

 

Задаваясь последовательно  значениями V_x и решая уравнения относительно Р_х для политроп расширения и сжатия, получаем координаты точек для их построения.

 

Номер точки			Политропа сжатия			Политропа расширения
	OX     мм	OB\OX       мм	n1 (OB\OX)	Рх сж       Мпа	Рхсж\Мр       мм	n2 (OB\OX)	Рхр               Мпа	Рхр\Мр         мм
1	20,34	6,9	13,75	1.127	37,567	11,247	4,578	152,6
2	32,34	4,34	7,328	0.601	20,033	6,291	2,56	85,333
3	44,34	3,165	4,776	0.392	13,067	4.236	1,724	57,467
4	56,34	2,491	3,45	0.283	9,433	3.138	1.277	42,567
5	68,34	2,054	2.655	0.218	7.267	2.464	1.003	33,433
6	80,34	1,747	2.132	0.175	5.833	2.012	0.819	27,3
7	92,34	1,52	1.765	0.145	4.833	1.69	0.688	22,933
8	104,34	1,345	1.495	0.123	4,1	1.45	0.59	19,667
9	116,34	1,206	1.29	0.106	3.533	1.265	15	17.167
10	128,34	1.094	1.129	0.093	3,1	1.119	55	15.167
11	140,34	1	1	0.082	2.733	1	07	13,567

` 

 

 

 

 

1.6.3. Скругление  индикаторной диаграммы

 

Для учета  влияния фаз газораспределения  и угла опережения зажигания на характер изменения индикаторной диаграммы  задаемся фазами газораспределения  двигателя. Значения фаз газораспределения  принимаем ориентируясь на прототип

Порядок работы цилиндров 1-2-3-6-2-4 

 

 

АР₀ = 3 (мм)  АР_r= 4,17 (мм) 

152,6 (мм)

129,7 (мм)

55,6 (мм)

47 (мм)

 

1.7. Тепловой баланс  двигателя.

 

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

781356,41 (Дж/с)

теплота, эквивалентная  эффективной работе за 1с, Дж:

156270(Дж)

теплота, передаваемая охлаждающей среде, Дж\с

41713,87

где с=0,49 - коэффициент пропорциональности

i – число цилиндров

D – диаметр цилиндра, см

m = 0, 8

n_e- частота вращения коленчатого вала двигателя

теплота, унесенная с отработавшими газами, Дж/с:

142940,18

(кДж/кмольК)

30,65 (кДж/кмольК)

 

теплота потерянная из-за химической неполноты сгорания:

121292,778 (Дж/с)

неучтенные потери теплоты:

=

459139,58 (Дж/с)

 

Qв	156270	17,2
Qoхл	41713,87	4,6
Qг	142940,18	15,79
Qнс	121292,778	13,41
Qост	459139,58	49
Сумма %		100

 

 

 

 

1.8. Построение внешней  скоростной характеристики.

 

 

Расчетные точки  кривой эффективной мощности, выраженной в киловаттах, определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 500 ...1000 мин"¹:

для карбюраторных  двигателей

 

где N_ex и n_x – эффективная мощность и частота вращения в расчетной точке характеристики;

N_eN и n_N – номинальная эффективная мощность и частота вращения коленвала двигателя при номинальной мощности.

Значения  эффективного крутящего момента  двигателя могут быть определены по формуле, МПа:

 

Значение  среднего эффективного давления для  рассчитываемых точек может быть определено по формуле, МПа,

 

где τ- тактность  двигателя; V _h - объем двигателя, л.

Точки кривой среднего индикаторного давления, МПа:

 

где Рм - среднее давление механических потерь двигателя, определяется по уравнениям, приведенным и подразделе 1.4.3, в зависимости ют типа и конструкции двигателя для данного скоростного режима работы.

Расчетные точки  индикаторного крутящего момента могут быть определены по кривой Р_ix или из выражения, Н×м:

 

Удельный  эффективный расход топлива, г/кВт-ч: для карбюраторных двигателей:

 

где g_ex и g_eN– удельный эффективный расход топлива соответственно при номинальной мощности и в расчетной точке характеристики.

Часовой расход топлива, кг/ч:

 

Для определения  коэффициента наполнения двигателя  необходимо задаваться законом изменения  коэффициента избытка воздуха а  в функции частотны вращения коленчатого вала. Для карбюраторных двигателей с достаточной степенью точности можно принять значения а постоянными на всех скоростных режимах, кроме минимальной частоты вращения. При n_x = n_emin следует принимать смесь несколько более обогащенную, чем при п_х = n_N. Значение величины a_min можно принять:

 

. 

При выбранном  законе изменения a коэффициент наполнения:

 

Данные расчета  параметров внешней скоростной характеристики заносят в табл. , по которым строят графики внешней скоростной характеристики двигателя.

Таблица 4.

	Параметры  внешней скоростной характеристики
nex,	Nex	Мex	Pex	Vп.ср.	PMx	Pix	Mix	gex	GTx	αx	ηVx
об/мин	кВт	Нм	Мпа	м/c	МПа	Мпа	Нм	г/кВт*ч	кг/ч
900	41,87	444,48	0,83	3,6	0,104	0,935	499,93	418,46	17,52	0,7	0,80
1800	88,87	471,73	0,88	7,2	0,158	1,041	556,44	375,84	33,40	0,89	0,97
2700	129,92	459,74	0,86	10,8	0,213	1,073	573,71	367,5	47,75	0,89	0,92
3600	153,92	408,51	0,76	14,4	0,268	1,032	551,72	393,46	60,56	0,89	0,88
3950	156,27	377,98	0,71	15,8	0,289	0,996	532,58	412,81	64,51	0,89	0,85
4500	149,79	318,02	0,59	18	0,323	0,917	490,50	453,7	67,96	0,89	0,79
4740	142,52	287,27	0,54	18,96	0,337	0,875	467,54	475,56	67,78	0,89	0,74

 

 

По скоростной характеристике определяется также коэффициент приспособляемости двигателя, представляющий собой отношение:

где  377 

Этот коэффициент  служит для оценки приспособляемости  двигателя к изменению внешней  нагрузки и характеризует способность  двигателя преодолевать кратковременные  перегрузки.

Расчетные значения для  карбюраторных двигателей величины К находятся в пределах: К=1,25...1,35.

 

2. КИНЕМАТИКА  И ДИНАМИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО  МЕХАНИЗМА.

 

 

2.1. Кинематика кривошипно-шатунного механизма.

Расчет кинематики кривошипно-шатунного механизма  двигателя внутреннего сгорания заключается в определении пути, скорости и ускорения поршня, по формулам:

(м) 

(м/с) 

(м/с²) 

(мм) 

(мм) 

 

0,0032м²

Путь, скорость и ускорение  поршня:

φ				Sx,			Vx,			Jx,
				м			м/c			м/с2
0		0,000		0,000	0,000		0,000	1,300		13332,1
30		0,171		0,010	0,630		15,625	1,016		10419,8
60		0,613		0,037	0,996		24,705	0,350		3589,41
90		1,150		0,069	1,000		24,806	-0,300		-3076,64
120		1,613		0,097	0,736		18,260	-0,650		-6666,05
150		1,904		0,114	0,370		9,181	-0,716		-7343,17
180		2,000		0,120	0,000		0,000	-0,700		-7178,82
210		1,904		0,114	-0,370		-9,181	-0,716		-7343,17
240		1,613		0,097	-0,736		-18,260	-0,650		-6666,05
270		1,150		0,069	-1,000		-24,806	-0,300		-3076,64
300		0,613		0,037	-0,996		-24,705	0,350		3589,412
330		0,171		0,010	-0,630		-15,625	1,016		10419,81
360		0,000		0,000	0,000		0,000	1,300		13332,1
371		0,024		0,001	0,247		6,127	1,260		12919,65

 

 

2.2.Динамика  кривошипно-шатунного механизма

для дольнейших расчетов принимаем  порядок работы цилиндров ДВС 1-2-3-6-2-4

 

Вспышка в  цилиндрах через 120 градусов.

                                                                                                                                                 

Динамический  расчет кривошипно-шатунного механизма  заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от действия сил давления газов и сил инерции. По этим силам впоследствии выполняют расчеты на прочность основных деталей двигателя, а также вычисляют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя.

 

2.2.1. Силы давления  газов.

 

Давление  газов, Н:

 

где F_n - площадь поршня, м²;

р, - давление газов в цилиндре двигателя, МПа.

Р₀- и атмосферное давление, МПа.

Результаты  вычислений давлений для каждого  угла поворота коленвала занесены в  таблицу 

 

 

2.2.2. Определение  сил инерции.

 

По характеру  движения массы деталей кривошипно-шатунного  механизма можно разделить на массы, движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа .и верхняя головка шатуна); массы, совершающие вращательные движения (коленвал и нижняя головка шатуна), и массы совершающие сложные движения (стержень шатуна). Для приближенного расчета масс используют конструктивные массы (площадь поршня Fn=0,0033 м²). Материал деталей КШМ принимаем ориентируясь на прототип: поршни - алюминиевый сплав АЛ-30, шатуны - сталь 45Г2, коленчатый вал, литой - высокопрочный чугун ВЧ 50-2 (4)

mR= 345гр/м2

mп=150гр/м2

Имея значения приведенных масс, можно определить силу инерции возвратно-поступательно движущихся масс, Н:

 

Сила инерции вращающихся  масс, Н:

(Н) 

Полученные значения величины Р_j, для различных углов поворота коленвала заносим в таблицу.

Кривую определяющую силу инерции возвратно-поступательно  движущихся масс можно получить графически, в координатах Pj – V методом Толле.

Для этого по оси абсцисс  откладываем силы

=-25499,6(Н) (точка Н)  и

 (Н) (точка D).

 Точки Н и D соединяем прямой и из точки Е пересечения этой прямой с осью абсцисс вертикально вверх откладываем отрезок ЕЕ'’: