Тепловой, кинематический и динамический расчёт двигателя. Расчёт систе-мы охлаждения

 – степень сжатия;

 – показатель политропы расширения [1].

Расчётную температуру остаточных газов можно определить по (1.26):

                                                (1.26)

 

Используя формулы (1.24) – (1.26) рассчитаем параметры процесса расширения P_B, T_B и расчётную температуру остаточных газов T_r, а также сравним её с ранее принятой.

 

 

 

Сравниваем рассчитанную T_r с ранее принятой T_r=1000 К:

 

Расчёт можем считать  верным.

 

 

1.4 Расчёт индикаторных показателей рабочего цикла двигателя

Индикаторными называют показатели, которые характеризуют работу газов  внутри цилиндра двигателя. К ним  относят: среднее индикаторное давление , индикаторный коэффициент полезного действия, индикаторный удельный расход топлива g_i и другие.

Среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы рассчитывается по (1.27):

             (1.27)

где  - Среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы, МПа;

- давление в конце такта сжатия, МПа;

 – степень сжатия;

- показатель политропы расширения [1];

- показатель политропы сжатия [1];

- степень повышения давления.

Среднее индикаторное давление для скруглённой диаграммы:

                                              (1.28)

где  - Среднее индикаторное давление для скруглённой диаграммы, МПа;

- Среднее индикаторное  давление цикла для нескругленной  индикаторной диаграммы, МПа;

 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы [1].

Индикаторный КПД выражается через (1.29):

                              (1.29)

где  - индикаторный КПД;

- среднее индикаторное давление для скруглённой диаграммы, МПа;

- коэффициент избытка воздуха;

- теоретически необходимоt количество воздуха, кг;

- низшая теплота  сгорания топлива [1].

- массовая плотность свежего заряда на впуске, кг/м³ ;

- коэффициент наполнения цилиндров свежим зарядом.

Индикаторный удельный расход топлива выражается через (1.30):

                                                  (1.30)

где  - индикаторный удельный расход топлива,

- низшая теплота  сгорания топлива [1];

- индикаторный  КПД.

Рассчитаем, используя выражения (1.27) – (1.30):

 

 

 

 

 

 

1.5 Расчёт эффективных показателей работы двигателя

К эффективным показателям  двигателя относят: среднее эффективное  давление, механический и эффективный  КПД, эффективный удельный расход топлива и другие.

Принимая по прототипу  ход поршня S=86.9 мм, по формуле (1.31) находим его среднюю скорость.

                                                  (1.31)

где  - средняя скорость поршня, м/c;

- ход поршня, мм;

 – номинальная частота вращения КВ.

Рассчитаем по (1.31):

 

Среднее давление механических потерь:

                                        (1.32)

где  - среднее давление механических потерь, МПа;

- средняя скорость  поршня, м/c;

а=0.04, в=0.0135 – коэффициенты зависимости среднего давления механических потерь в функции средней скорости поршня [1].

Рассчитаем давление механических потерь по (1.32):

 

Среднее эффективное давление выражается через (1.33):

                                      (1.33)

где  - Среднее эффективное давление, МПа;

- среднее индикаторное  давление для скруглённой диаграммы,  МПа;

- среднее давление  механических потерь, МПа.

Рассчитаем среднее эффективное  давление P_e:

 

Механический η_m и эффективный η_e КПД выражаются через (1.34) и (1.35) соответственно:

                                              (1.34)

где  - механический КПД;

- среднее эффективное давление, МПа;

- среднее индикаторное  давление для скруглённой диаграммы,  МПа;

                                       (1.35)

где  - эффективный КПД;

 – индикаторный КПД;

- механический  КПД.

Рассчитаем по (1.34) и (1.35):

 

 

Эффективный удельный расход топлива:

                                              (1.36)

где  - эффективный удельный расход топлива, ;

- низшая теплота  сгорания топлива [1];

- эффективный  КПД.

Рассчитаем эффективный  удельный расход топлива по формуле (1.36):

.

 

1.6 Определение размеров цилиндра двигателя, удельных показателей его работы

Следующим расчётом нужно  определить: диаметр цилиндра Д, ход  поршня S, площадь поршня F_п , литраж двигателя V_л , номинальную и эффективную литровую мощности, эффективный крутящий момент и другие.

Для определения литража  двигателя воспользуемся формулой (1.37):

                                             (1.37)

где  – литраж двигателя, л;

 – коэффициент  тактности двигателя;

- номинальная мощность;

- среднее эффективное  давление, МПа;

 – номинальные обороты.

Вычислим литраж двигателя  по выражению (1.37):

 

Рабочий объём цилиндра определим  через (1.38):

                                                  (1.38)

где  - литраж 1 цилиндра, л;

 – литраж  двигателя, л;

 – количество цилиндров.

Вычислим литраж 1 цилиндра по (1.38):

 

Задаваясь величиной коэффициента ψ=S/Д=0.97 , уточняем эти параметры по формулам (1.39) и (1.40):

                                          (1.39)

где  - диаметр поршня, мм;

- литраж 1 цилиндра, л.

                                               (1.40)

Где  - ход поршня, мм;

- диаметр поршня, мм.

По формулам (1.39) и (1.40) уточняем параметры Д и S:

 

 мм.

Площадь поршня определиться по известной формуле (1.41):

                                               (1.41)

где  – площадь поршня, мм²;

 – диаметр поршня, мм.

Рассчитаем по (1.41):

 

Вычисляем среднюю фактическую  скорость поршня W_ср.ф. по формуле (1.42) и её отличие от ранее принятой:

                                           (1.42)

где  - средняя фактическая скорость поршня,  м/c;

- ход поршня, мм;

-  номинальные обороты КВ.

Рассчитаем:

 

 

Расчёт можем считать  верным.

По формулам (1.43) – (1.49) можно рассчитать следующие параметры: эффективная мощность и момент, часовой расход топлива, удельную литровую и поршневую мощности. Также принимая по прототипу массу сухого двигателя 140 кг его литровую и удельную массы.

Эффективная мощность:

                                 (1.43)

где  - среднее эффективное давление, МПа;

- литраж 1 цилиндра, л;

 – число цилиндров;

 – тактность двигателя.

- эффективная  мощность, кВт;

Эффективный крутящий момент:

                                      (1.44)

где  - эффективная мощность, кВт.

Часовой расход топлива:

                                            (1.45)

где  – часовой расход топлива, кг/ч;

- эффективный  удельный расход топлива, .

Удельная литровая мощность:

                                                 (1.46)

где  - удельная литровая мощность, кВт/л;

- эффективная  мощность, кВт.

 – литраж  двигателя, л.

Удельная поршневая мощность:

                                   (1.47)

где  - удельная поршневая мощность, кВт/дм²;

- эффективная  мощность, кВт;

 – число цилиндров;

 – диаметр поршня, мм.

Литровая масса:

                                                (1.48)

где  - литровая масса двигателя, кг/л;

 – масса двигателя без навесного оборудования, кг;

- литраж 1 цилиндра, л;

 – число цилиндров.

Удельная масса:

                                                (1.49)

где  - удельная масса двигателя, кг/кВт;

 – масса двигателя без навесного оборудования, кг;

- эффективная  мощность, кВт.

Теперь можем рассчитать вышеуказанные параметры двигателя  по формулам (1.43) – (1.49):

 

;

 

 

 

 

 

 

1.7 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму  поршневого двигателя строим для  номинального режима работы по результатам его теплового расчёта. Будем использовать аналитический метод построения.

Для построения необходимо определить ординаты промежуточных  точек политроп сжатия и расширения, расчёт которых осуществляется в следующей последовательности:

Задаваясь текущими значениями угла поворота кривошипа φ в пределах от 0 до 360 градусов, последовательно  по формуле (1.50) вычисляем безразмерное перемещение поршня

                         (1.50)

где  - безразмерное перемещение поршня;

 – угол поворота кривошипа, град;

 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Определяем относительное  значение высоты камеры сгорания в  конце процесса сгорания по формуле (1.51):

                                                   (1.51)

где  - относительное значение высоты камеры сгорания в конце процесса сгорания;

- степень сжатия.

Можем рассчитать по выражению (1.51):

 

При каждом значении безразмерного  перемещения поршня по формуле (1.52) нужно вычислить  текущее значение степени сжатия:

                                                 (1.52)

где  - текущее значение степени сжатия;

- относительное  значение высоты камеры сгорания  в конце процесса сгорания;

- безразмерное  перемещение поршня.

Затем определяем значение абсолютного давления на участке  сжатия индикаторной диаграммы по формуле (1.53):

                                            (1.53)

где  - значение абсолютного давления на участке сжатия индикаторной диаграммы, МПа;

- давление в  начале сжатия, МПа;

- текущее значение  степени сжатия;

 – показатель политропы сжатия;

Затем подсчитываем текущее значение абсолютного давления на участке расширения индикаторной диаграммы по формуле (1.54):

                                                    (1.54)

где  - текущее значение абсолютного давления на участке расширения индикаторной диаграммы, МПа;

- максимальное теоретическое давление в конце сгорания, МПа;

- текущее значение  степени сжатия;

 – показатель политропы расширения;

Рассчитаем по формулам (1.50), (1.52), (1.53) и (1.54) при φ=10 градусов:

 

 

 

 

Вычисления для последующих  значений φ расчитываються аналогично, а результаты вычислений отражены в  таблице 2.

Таблица 2 – Параметры индикаторной диаграммы

φ, ̊	Sx	εx	Pсх, МПа	Pвх, МПа
1	2	3	4	5
0	0	8,2	0,0888	-
180	2	1	0,0888	-
190	1,988	1,005	0,0894	-
200	1,952	1,021	0,091	-

Продолжение таблицы 2

1	2	3	4	5
210	1,893	1,048	0,094	-
220	1,811	1,089	0,099	-
230	1,707	1,147	0,107	-
240	1,583	1,223	0,117	-
250	1,440	1,325	0,131	-
260	1,281	1,460	0,149	-
270	1,111	1,640	0,175	-
280	0,934	1,879	0,212	-
290	0,756	2,203	0,264	-
300	0,583	2,645	0,339	-
310	0,422	3,253	0,452	-
320	0,279	4,084	0,618	-
330	0,161	5,182	0,859	-
340	0,0733	6,487	1,172	-
350	0,0185	7,686	1,481	-
360	0	8,2	5.166	-
370	0,0185	7,686	-	5,134
380	0,0733	6,487	-	5,039
390	0,161	5,182	-	4,881
400	0,279	4,084	-	4,663
410	0,422	3,253	-	4,388
420	0,583	2,645	-	4,062