Курсовая работа (т): Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

Давление и температура в конце процесса расширения: p_b=p_z/ε^п2 и Т_b=T_z/ε^n2-1

Для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1: p_b=6,8016/8,5^1,251=0,4676 МПа и Т_b=2933/8,5^1,251-1=1714 К;

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов: Т_r=;

При n_N=5600 мин^-1: Т_r==1088 К,

Т_r=1714/(0,4676/0,118)^0,33=1088

ΔT_r=100(1088-1060)/1060=2,64 %;

где ΔT_r-погрешность расчета.

На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 6 %.

Результаты расчетов при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1 сведены в таблицу 5.

Таблица 5

Параметры процесса расширения и выпуска

1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление:

р=                                (1.8.1)

для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1

р==1,4835 МПа

р=(1,6189/8,5-1)[4,201/1,251-1(1-8,5^1-1,251)-1/1,377-1(1-8,5^1-1,377)]=1,4835

Среднее индикаторное давление: р_i=φ_доз р

карбюраторного двигателя p_i=0,95·1,4835=1,4093 МПа.

Индикаторный КПД: η_i=;

Индикаторный удельный расход топлива: g_i =;

карбюраторного двигателя при n_N =5600 мин^-1

η_i=1,4093·14,957·0,96/43930·10^-3·1,189·0,8784=0,4410;

g_i =3600/0,441·43930·10^-3=186 г/(кВт·ч);

1.9 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1: р_м=0,034+0,0113v_п.ср.

Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм, получим значение средней скорости поршня при n_N=5600 мин^-1

v_п.ср=S·n /(10⁴·3)=78·5600/(10⁴·3)=14,56 м/с

Тогда р_м =0,034+0,0113·14,56=0,1985 МПа

Среднее эффективное давление: р_е =р_i-р_м =1,4093-0,1985=1,2108 МПа

Механический КПД: η_м=р_е /р_i

карбюраторного двигателя: η_м=1,2108/1,4093=0,8591

Эффективный КПД: η_е=η_м·η_i

Эффективный удельный расход топлива: g_e=

карбюраторного двигателя: η_e=0,8591·0,441=0,3789 и g_e=3600/43,93·0,379=311 г/(кВтч);

Результаты расчетов при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1 сведены в таблицу 6.

Таблица 6

Индикаторные и эффективные параметры двигателей

1.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж карбюраторного двигателя: V_л=,           (1.10.1)

где τ-тактность (τ=4)

V_л=30·47,1·4/1,2108·5600=0,83357 л;

Рабочий объем одного цилиндра карбюраторного двигателя: V_h=

V_h=0,83357/4=0,20839 л;

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S=78 мм, то: D=2·10³·=2·10³·0,20839/(3,14·78)=58,34 мм;

Окончательно принимается для карбюраторного двигателя D=65 мм и S=65 мм.

Основные параметры и показатели двигателей определяются по окончательно принятым значениям D и S:

-площадь поршня: F_п=π·D²/(4·100)=3,14·65²/(4/100)=33,17 см²;

-литраж двигателя: V_л==3,14·65²·65·4/(4·10⁶)=0,86 л;

-мощность двигателя: N_e==1,2108·0,86·5600/30·4=48,59 кВт;

-литровая мощность двигателя: N_л=N_e /V_л=54,767 л;

-крутящий момент: М_е==·47,1/5600=82,9 Н·м;

-часовой расход топлива: G_T=N_e·g_e·10^-3=48,59·311·10^-3=15,11 кг/ч

Результаты расчетов при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1 сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Основные параметры и показатели двигателя

1.11 Построение индикаторных диаграмм

Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т. е. при N_e=47,1 кВт и n=5600 мин^-1, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня M_s=l мм в мм;

Масштаб давлений М_р=0,05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

АВ=S/M_s=65/1,0=65 мм; ОА=АВ/(ε-1)=65/(8,5-1)=8,67 мм.

Максимальная высота диаграммы (точка z): P_z/M_p=6,8016/0,05=136,0 мм.

Ординаты характерных точек: р_a/M_p=0,085/0,05=1,7 мм;

p_c/M_p=1,6189/0,05=32,4 мм

р_b/M_p=0,4676/0,05=9,4 мм;

p_r/M_p=0,118/0,05=2,4 мм

р₀/M_p=0,1/0,05=2 мм

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия p_x=p_a(V_a/V_x)n

Отсюда р_x/M_p=(p_а/M_p)(OB/OX)ⁿ¹=1,7(73,7/OX)^1,377 мм;

где OB=OA+AB=8,67+65=73,7 мм;

б) политропа расширения р_х=р_b(V_b/V_x)ⁿ²

Отсюда р_x/M_p=(p_b/M_p)(OB/OX)ⁿ²=9,4(73,7/OX)^1,251 мм;

Результаты расчета точек политроп приведены в таблице 8.

Таблица 8

Координаты точек политроп

Теоретическое среднее индикаторное давление:

p_i'=F₁M_p/AB=1929·0,05/65=1,484 МПа,

где F₁=1929 мм²-площадь диаграммы aczba

Величина p_i'=1,484 МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине p_i'=1,4835 МПа, полученной в тепловом расчете.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=5600 мин^-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r') устанавливается за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а') - через 60° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 55° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а')-через 25° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания в принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения Δφ₁=5°.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня: АХ=[(1-cos φ)+(1-cos 2φ)], где λ-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины λ производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ=0,285.

Расчеты ординат точек r', a', а", с', и b' сведены в таблице 9.

Таблица 9

Координаты точек политроп

Обозначение точек          Положение точек               φº            (1-cos φ)+(1-cos 2φ)Расстояние точек