Как сделать тепловой расчет двигателя

Обновлено: 07.07.2024

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей .

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства , обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов . Успешное применение двигателей внутреннего сгорания , разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания .

Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей , знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания .

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла , мощность и экономичность , а также давление газов , действующих в надпоршневом пространстве цилиндра , в зависимости от угла поворота коленчатого вала . По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диметр цилиндра и ход поршня ) и проверить на прочность его основные детали .

По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет , по результатам расчета построить индикаторную диаграмму , определить основные параметры поршня и кривошипа . Разобрать динамику кривошипно-шатунного механизма определить радиальные , тангенциальные , нормальные и суммарные набегающие силы действующие на кривошипно-шатунный механизм . Построить график средних крутящих моментов .

Прототипом двигателя по заданным параметрам может служить двигатель ЗИЛ-164 .

ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя .

Номинальная мощность КВт.

Число цилиндров

Расположение цилиндров .

Тип двигателя .

Частота вращения К.В.

Степень сжатия .

Коэффициент избытка воздух

При проведении теплового расчета необходимо правильно выбрать исходные данные и опытные коэффициенты , входящие в некоторые формулы . При этом нужно учитывать скоростной режим и другие показатели , характеризующие условия работы двигателя .

Степень сжатия e = 8,2 . Допустимо использование бензина АИ-93 ( октановое число = 81 ё 90 ) . Элементарный состав жидкого топлива принято выражать в единицах массы . Например в одном килограмме содержится С = 0,855 , Н = 0,145 , где О т - кислород ; С- углерод ; Н - водород . Для 1кг. жидкого топлива , состоящего из долей углерода , водорода , и кислорода , при отсутствии серы можно записать : С+Н+О т = 1 кг .

ПAРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА:

Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива . Наименьшее количество кислорода О о , которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления , называется теоретически необходимым количеством кислорода . В двигателях внутреннего сгорания необходимый для сгорания кислород содержится в воздухе , который вводят в цилиндр во время впуска . Зная , что кислорода в воздухе по массе 0,23% , а по объему 0,208% , получим теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива :

Действительное количество воздуха , участвующего в сгорании 1 кг. топлива при a =0,9 : a l o = 0.9*14.957 = 13.461 кг ; a L o = 0,9 * 0,516 = 0, 464 . При молекулярной массе паров топлива m т = 115 кмоль , найдем суммарное количество свежей смеси :

М 1 = 1/ m т + a L o = 1/115+0,464 = 0,473 кмоль.

При неполном сгорании топлива ( a 1 ) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода (СО) , углекислого газа (СО 2 ) , водяного пара (Н 2 О) , свободного водорода (Н 2 ) , и азота (N 2 ) . Количество отдельных составляющих продуктов сгорания и их сумма при К=0,47 (постоянная зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода , содержащихся в продуктах сгорания).:

М со = 2*0,21*[(1- a )/(1+K)]*L o = 0,42*(0,1/1,47)*0,516 = 0,0147 кмоль.

М СО 2 = С/12- М со = 0,855/12-0,0147 = 0,0565 кмоль.

М Н 2 = К* М со = 0,47*0,0147 = 0,00692 кмоль.

М Н 2 О = Н/2 - М Н 2 = 0,145/2-0,00692 = 0,06558 кмоль.

М N 2 = 0,792* a L o = 0,792*0,9*0,516 = 0,368 кмоль.

Суммарное количество продуктов сгорания :

М 2 = 0,0147+0,0565+0,00692+0,06558+0,368 = 0,5117 кмоль.

Проверка : М 2 = С/12+Н/2+0,792* a L o = 0,855/12+0,145/2+0,792*0,9*0,516 = 0,5117 .

Давление и температура окружающей среды : P k =P o =0.1 (МПа) и T k =T o = 293 (К) , а приращение температуры в процессе подогрева заряда D Т = 20 о С . Температура остаточных газов : Т r = 1030 o К . Давление остаточных газов на номинальном режиме определим по формуле : P rN = 1.16*P o = 1,16*0,1 = 0,116 (МПа) .

Р rN - давление остаточных газов на номинальном режиме , n N - частота вращения коленчатого вала на номинальном режиме равное 5400 об/мин. Отсюда получим :

Р r =Р 0 Ч ( 1,035+ А р Ч 10 -8 Ч n 2 )= 0,1 Ч (1,035+0,42867 Ч 10 -8 Ч 5400 2 ) = 0,1 Ч (1,035+0,125)=0,116 (Мпа)

Температура подогрева свежего заряда D Т с целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается D Т N =10 о С .

D Т = А т Ч (110-0,0125 Ч n) = 0,23533 Ч (110-0,0125 Ч 5400)= 10 о С .

Плотность заряда на впуске будет : ,

где Р 0 =0,1 (Мпа) ; Т 0 = 293 (К) ; В - удельная газовая постоянная равная 287 (Дж./кг*град.) Ю r 0 = ( 0,1*10 6 )/(287*293) = 1,189 (кг/м 3 ).

Потери давления на впуске D Р а , в соответствии со скоростным режимом двигателя

(примем ( b 2 + x вп )= 3,5 , где b - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра , x вп - коэффициент впускной системы ) ,

D Р а = ( b 2 + x вп )* А n 2 *n 2 *( r k /2*10 -6 ) , где А n = w вп / n N , где w вп - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы ( w вп = 95 м/с) , отсюда А n = 95/5400 = 0,0176 . : r k = r 0 = 1,189 ( кг/м 3 ) . Ю D Р а = (3,5 Ч 0,176 2 Ч 5400 2 Ч 1,189 Ч 10 -6 )/2 = (3,5 Ч 0,0003094 Ч 29160000 Ч 1,189 Ч 10 -6 ) = 0,0107 (Мпа).

Тогда давление в конце впуска составит : Р а = Р 0 - D Р а = 0,1- 0,0107 = 0,0893 (Мпа).

Коэффициент остаточных газов :

, при Т к =293 К ; D Т = 10 С ; Р r = 0,116 (Мпа) ; Т r = 1000 K ;

P a = 0.0893 (Мпа); e = 8,2 , получим : g r = (293+10)/1000*0,116/(8,2*0,0893-0,116) =0,057.

Коэффициент наполнения : (К).

Учитывая характерные значения политропы сжатия для заданных параметров двигателя примем средний показатель политропы n= 1,37 . Давление в конце сжатия:

Р с = Р а Ч e n = 0.0893 Ч 8.2 1.37 = 1,595 (Мпа). Температура в конце сжатия : Т с = Т а Ч e (n-1) = 340,6 Ч 8,2 0,37 = 741,918 @ 742 (К).

Средняя молярная теплоемкость в конце сжатия ( без учета влияния остаточных газов): mc v ’ = 20,16+1,74 Ч 10 -3 Ч Т с = 20,16+1,74 Ч 10 -3 Ч 742 = 21,45 (Кдж/кмоль Ч град.)

Число молей остаточных газов : М r = a Ч g r Ч L 0 = 0,95 Ч 0,057 Ч 0,516=0,0279 (кмоль).

Число молей газов в конце сжатия до сгорания: М с = М 1 +М r = 0,473+0,0279= 0,5(кмоль)

Средняя молярная теплоемкость при постоянном объеме для продуктов сгорания жидкого топлива в карбюраторном двигателе при ( a 1) : mc в ’’ = (18,4+2,6 Ч a )+(15,5+13,8 Ч a ) Ч 10 -4 Ч Т z = 20,87+28,61 Ч 10 -4 Ч Т z = 20,87+0,00286 Ч Т z (Кдж/кмоль Ч К).

Определим количество молей газов после сгорания : М z = M 2 +M r = 0,5117+0,0279 = 0,5396 (кмоля) . Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси находится по формуле : b = М z / M c = 0,5397/0,5 = 1,08 .

Примем коэффициент использования теплоты x z = 0,8 , тогда количество теплоты , передаваемой на участке lz при сгорании топлива в 1 кг. : Q = x z Ч (H u - D Q H ) , где H u - низшая теплотворная способность топлива равная 42700 (Кдж/кг)., D Q H =119950 Ч (1- a ) Ч L 0 - количество теплоты , потерянное в следствии химической неполноты сгорания :

D Q H = 119950 Ч (1-0,95) Ч 0,516 = 3095 (Кдж/кг) , отсюда Q = 0,8 Ч (42700-3095) =31684 (Кдж/кг). Определим температуру в конце сгорания из уравнения сгорания для карбюраторного двигателя ( a 1) :

22,4Т z +0,003Т z 2 = 86622 Ю 22,4 Т z +0,003 Т z 2 - 86622 = 0

Максимальное давление в конце процесса сгорания теоретическое : Р z = P c * b *T z /T c = 1,595*1,08*2810/742 = 6,524 (Мпа) . Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания : Р zд = 0,85*Р z = 0,85*6,524 =5,545 (МПа) . Степень повышения давления : l = Р z / Р с = 6,524/1,595 = 4,09

С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров двигателя примем средний показатель политропы расширения n 2 = 1,25

Давление и температура в конце процесса расширения :

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов :

1653/ 1,6 = 1037 К . Погрешность составит :

D = 100*(1037-1030)/1030 = 0,68% , эта температура удовлетворяет условия D 1,7 .

Теоретическое среднее индикаторное давление определенное по формуле :

=1,163 (МПа) . Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным j и = 0,96 , тогда среднее индикаторное давление получим : р i = 0,96* р i ’ = 0,96*1,163 = 1,116 (МПа) .

Индикаторный К.П.Д. : h i = p i l 0 a / (Q H r 0 h v ) = (1,116 *14,957*0,9)/(42,7*1,189*0,763) = 0,388 , Q н = 42,7 МДж/кг.

Индикаторный удельный расход топлива : g i = 3600/ (Q H h i ) = 3600/(42,7*0,388) =217 г/КВт ч.

При средней скорости поршня С m = 15 м/с. , при ходе поршня S= 75 мм. и частотой вращения коленчатого вала двигателя n=5400 об/мин. , рассчитаем среднее давление механических потерь : Р м = А+В* С m , где коэффициенты А и В определяются соотношением S/D =0,75 1 , тогда А=0,0395 , В = 0,0113 , отсюда Р м = 0,0395+0,0113*15 =0,209 МПа.

Рассчитаем среднее эффективное давление : р е = р i - p м = 1,116-0,209= 0,907 МПа.

Механический К.П.Д. составит : h м = р е / р i = 0,907/ 1,116 = 0 ,812

Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива :

h е = h i h м = 0,388*0,812 = 0,315 ; g e = 3600/(Q H h е ) = 3600/(42,7*0,315) = 268 г/КВт ч

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются от других типов компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства. В настоящее время особое внимание уделяется снижению токсичности выбрасываемых в атмосферу газов, вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций, повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях.

Частота вращения коленчатого вала n=2700 об/мин;

Степень сжатия е=7,6;

Эффективная мощность (берется по стандартной скоростной характеристике двигателя для заданной частоты вращения) Ne=90кВт;

Коэффициент избытка воздуха б=0,90;

Топливо- бензин АИ-80 ГОСТ Р51105-97. Средний элементарный состав и молекулярная масса: С=85,5%, Н=14,5%, О=1%, =115 кг/кмоль. Низшая расчетная теплота сгорания топлива 43930 кДж/кг.

Параметры рабочего тела

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

l0= 1 / 0,23(8/3С + 8Н - О) (кг) или L0 = l0/мB =0,516 (кмоль).

Определяем количество свежего заряда

М1 =б L0,=0,464 кмоль.

Определяем общее количество продуктов сгорания

М2= б L0+Н/4+О/32=0,524 ,кмоль

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Принимаем атмосферные условия:.р0=pk=0,1МПа, Т0=Tk=293К;

Принимаем ТГ =1000К;

Принимаем температуру подогрева свежего заряда

Определяем плотность заряда на впуске

где Rв=287 Дж/кг град - удельная газовая постоянная для воздуха.

В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент, а скорость движения заряда м/с.

Определяем потери давления на впуске в двигатель

Определяем давление в конце впуска

Определяем коэффициент остаточных газов

Определяем температуру в конце впуска

Определяем коэффициент наполнения

Определяем показатель адиабаты сжатия k1 в функции и Та, по номограмме.

Определяем показатель политропы сжатия n1 в зависимости от k1, который устанавливается n1=1,345 k1=1,3657

Определяем давление в конце сжатия

Определяем температуру в конце сжатия

Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов)

Определяем число молей остаточных газов

Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания

Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в карбюраторном двигателе при постоянном объеме, при 1

Определяем число молей газов после сгорания

Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

Принимаем коэффициент использования теплоты .

Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке cz индикаторной диаграммы при сгорании 1кг топлива определится, как

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания

Определяем давление в конце процесса сгорания (теоретическое)

Определяем давление в конце процесса сгорания (действительное)

Определяем степень повышения давления

Показатель политропы расширения карбюраторного двигателя определяем по номограмме, учитывая, что его значение незначительно отличается от значения показателя адиабаты расширения k2.

Определение показателя политропы расширения производим следующим образом. По имеющимся значениям е и ТZ определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки б=1, получая какое-то значение k2. Далее двигаемся по этой кривой k2 до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения б. Ордината точки пересечения дает искомое значение n2=k2=1,2604.

Определяем давление процесса расширения

Определяем температуру процесса расширения

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5%).

Индикаторные параметры рабочего цикла

Определяем среднее индикаторное давление цикла для неокругленной индикаторной диаграммы

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы

Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы

Определяем индикаторный КПД

Определяем индикаторный удельный расход топлива

Эффективные показатели двигателя

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня W=15 м/с.

Определяем среднее давление механических потерь учитывая, что , .

Определяем среднее эффективное давление

Определяем механический КПД

Определяем эффективный КПД

Определяем эффективный удельный расход топлива

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра

Прототипом двигателя по заданным параметрам может служить двигатель ЗИЛ-164 .

ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя .

Номинальная мощность КВт.

Число цилиндров

Расположение цилиндров .

Тип двигателя .

Частота вращения К.В.

Степень сжатия .

Коэффициент избытка воздух

ПAРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА:

М 1 = 1/ m т + a L o = 1/115+0,464 = 0,473 кмоль.

М со = 2*0,21*[(1- a )/(1+K)]*L o = 0,42*(0,1/1,47)*0,516 = 0,0147 кмоль.

М СО 2 = С/12- М со = 0,855/12-0,0147 = 0,0565 кмоль.

М Н 2 = К* М со = 0,47*0,0147 = 0,00692 кмоль.

М Н 2 О = Н/2 - М Н 2 = 0,145/2-0,00692 = 0,06558 кмоль.

М N 2 = 0,792* a L o = 0,792*0,9*0,516 = 0,368 кмоль.

Суммарное количество продуктов сгорания :

М 2 = 0,0147+0,0565+0,00692+0,06558+0,368 = 0,5117 кмоль.

Проверка : М 2 = С/12+Н/2+0,792* a L o = 0,855/12+0,145/2+0,792*0,9*0,516 = 0,5117 .

Р r =Р 0 Ч ( 1,035+ А р Ч 10 -8 Ч n 2 )= 0,1 Ч (1,035+0,42867 Ч 10 -8 Ч 5400 2 ) = 0,1 Ч (1,035+0,125)=0,116 (Мпа)

D Т = А т Ч (110-0,0125 Ч n) = 0,23533 Ч (110-0,0125 Ч 5400)= 10 о С .

Плотность заряда на впуске будет : ,

где Р 0 =0,1 (Мпа) ; Т 0 = 293 (К) ; В - удельная газовая постоянная равная 287 (Дж./кг*град.) Ю r 0 = ( 0,1*10 6 )/(287*293) = 1,189 (кг/м 3 ).

Потери давления на впуске D Р а , в соответствии со скоростным режимом двигателя

Тогда давление в конце впуска составит : Р а = Р 0 - D Р а = 0,1- 0,0107 = 0,0893 (Мпа).

Коэффициент остаточных газов :

, при Т к =293 К ; D Т = 10 С ; Р r = 0,116 (Мпа) ; Т r = 1000 K ;

P a = 0.0893 (Мпа); e = 8,2 , получим : g r = (293+10)/1000*0,116/(8,2*0,0893-0,116) =0,057.

Коэффициент наполнения : (К).

Р с = Р а Ч e n = 0.0893 Ч 8.2 1.37 = 1,595 (Мпа). Температура в конце сжатия : Т с = Т а Ч e (n-1) = 340,6 Ч 8,2 0,37 = 741,918 @ 742 (К).

Число молей остаточных газов : М r = a Ч g r Ч L 0 = 0,95 Ч 0,057 Ч 0,516=0,0279 (кмоль).

Число молей газов в конце сжатия до сгорания: М с = М 1 +М r = 0,473+0,0279= 0,5(кмоль)

22,4Т z +0,003Т z 2 = 86622 Ю 22,4 Т z +0,003 Т z 2 - 86622 = 0

Давление и температура в конце процесса расширения :

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов :

1653/ 1,6 = 1037 К . Погрешность составит :

D = 100*(1037-1030)/1030 = 0,68% , эта температура удовлетворяет условия D 1,7 .

Теоретическое среднее индикаторное давление определенное по формуле :

Индикаторный К.П.Д. : h i = p i l 0 a / (Q H r 0 h v ) = (1,116 *14,957*0,9)/(42,7*1,189*0,763) = 0,388 , Q н = 42,7 МДж/кг.

Индикаторный удельный расход топлива : g i = 3600/ (Q H h i ) = 3600/(42,7*0,388) =217 г/КВт ч.

Рассчитаем среднее эффективное давление : р е = р i - p м = 1,116-0,209= 0,907 МПа.

Механический К.П.Д. составит : h м = р е / р i = 0,907/ 1,116 = 0 ,812

Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива :

h е = h i h м = 0,388*0,812 = 0,315 ; g e = 3600/(Q H h е ) = 3600/(42,7*0,315) = 268 г/КВт ч

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Двигатели внутреннего сгорания”

по дисциплине “Автомобильные двигатели”

Тема: “Тепловой и динамический расчет двигателя”

1. Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя

2.1 Процесс наполнения

2.2 Процесс сжатия

2.3 Процесс сгорания

2.4 Процесс расширения

2.5 Процесс выпуска

2.6 Индикаторные показатели

2.7 Эффективные показатели

2.8 Размеры двигателя

2.9 Сводная таблица результатов теплового расчетa

2.10 Анализ полученных результатов

3. Динамический расчет

3.1 Построение индикаторной диаграммы

3.2 Развертка индикаторной диаграммы в координатах 4

Коэффициент избытка воздуха 1,05

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя

2.1 Процесс наполнения

В результате данного процесса цилиндр двигателя (рабочая полость) наполняется свежим зарядом. Давление и температура окружающей среды принимаются: , .

Давление в конце впуска .

Величина потери давления на впуске

Коэффициент остаточных газов

Величина ? для дизелей изменяется в пределах .

Средняя мольная теплоемкость свежего заряда

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания для дизелей

Степень повышения давления

Величина теоретического максимального давления цикла и степень повышения давления:

Численное значение степени повышения давления k при неразделенной камере сгорания .

2.4 Процесс расширения

Степень предварительного расширения для дизельных двигателей

Величина среднего показателя политропы расширения для дизельных двигателей .

2.5 Процесс выпуска

Параметрами процесса выпуска () задаются в начале расчета процесса впуска. Правильность предварительного выбора величин проверяется по формуле профессора Е. К. Мазинга:

2.6 Индикаторные показатели

Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизельных двигателей подсчитывается по формуле:

где для дизельных двигателей без наддува может изменяться.

Индикаторный КПД для дизельных двигателей подсчитывается по формуле

Величина индикаторного КПД для автотракторных дизельных двигателей .

2.7 Эффективные показатели

Механический КПД дизельного двигателя .

2.8 Размеры двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и среднему эффективному давлению определяем литраж двигателя

где i=8 – число цилиндров.

Определяем основные параметры и показатели двигателя:

- литраж двигателя

- эффективный крутящий момент

2.10 Анализ полученных результатов

В результате теплового расчета были определены параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также произведены оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

3. Динамический расчет

Порядок выполнения расчета для поршневого двигателя

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ.

В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 30 град ПКВ. В отдельных случаях через 10 град ПКВ.

Последовательность выполнения расчета следующая:

Строим индикаторную диаграмму в координатах

Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс

определяем с помощью таблицы.

Тогда принимаем m

При известной величине хода поршня S радиус кривошипа

7. Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. рис. 1)

3.1 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок , соответствующий объему камеры сгорания, определяется из соотношения

к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений

Политропу сжатия строим с помощью лучей находим аналогично, принимая точку , аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку ,

где ПКВ до в.м.т.), а точку . На линии в.м.т. находим точку и плавной кривой. Из точки проводим плавную кривую до середины отрезка индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делится на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0, 30, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф.А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.

Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра .

Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

3.3 Построение диаграмм сил и с учетом их знаков или модулей сил и размещаем под координатной сеткой сил и строим в том же масштабе, что и предыдущий график.

Принимаем масштабные коэффициенты

многоцилиндрового двигателя необходимо графически просуммировать кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол ,

то кривая , будет отличаться от кривой ;

Значение , вычисленной ранее.

Относительная погрешность вычислений - эффективная мощность (кВт) и удельный эффективный расход топлива (г/(кВт?ч)) при заданной частоте вращения коленчатого вала (об/мин);

Дизельный с неразделенной камерой сгорания

Значения берутся из ранее произведенных расчетов:

5. Воздушный фильтр ЗИЛ-433100

Эффективность системы очистки обычно характеризуется коэффициентом пропускания пыли, который зависит как от типа самой системы, так и от режима работы двигателя. Например, в инерционных системах очистки он уменьшается с ростом расхода воздуха, а в системах с сухими (картонными) сменными фильтрами такой зависимости почти нет. Есть у фильтрующего элемента и еще один важный показатель - так называемое предельное сопротивление засасываемому воздуху. Но он характеризует скорее не качество работы фильтра, а эксплуатационные показатели двигателя в условиях недостатка воздуха для смесеобразования. По мере засорения фильтрующего элемента его сопротивление воздушному потоку растет и, следовательно, уменьшается количество воздуха, поступающего на смесеобразование. В определенных режимах это ведет к обогащению смеси, а, значит, к неполному ее сгоранию. Соответственно снижаются мощностные показатели двигателя, увеличиваются расход топлива и концентрация токсичных веществ в выхлопных газах. Словом, с формальных позиций предельно допустимое сопротивление воздушного фильтра - это граница, после которой фильтрующий элемент из помощника превращается во врага. Не случайно данный показатель в значительной степени определяет и конструкцию фильтра, и материалы, из которых он делается. Если говорить о классификации систем очистки воздуха, то их принято разделять, во-первых, по количеству ступеней очистки и, во-вторых, по принципам улавливания пыли. Различают одно-, двух- и трехступенчатые системы, которые еще разделяются на шесть групп:

- сухие инерционные воздухоочистители со сбором отсепарированной пыли в бункер;

- сухие инерционные с отсосом пыли посторонним устройством;

- сухие инерционные с выбросом пыли в атмосферу;

- системы, использующие фильтрующие элементы со смоченной маслом набивкой;

- системы с сухими элементами, имеющими фильтрующую перегородку.

Первые три типа в основном используются в качестве первой ступени в двух- или трехступенчатых очистителях на грузовиках и тракторах. На легковых автомобилях чаще применяют одноступенчатые воздухоочистители четвертого и шестого типов. Ну, а элементы со смоченной набивкой - вообще экзотика, их выпускает только английская компания "К и Н" (K&N). Крайне редко встречаются и фильтрующие элементы из пористого полиуретана, смоченного моторным маслом. Бескаркасный фильтрующий элемент фирмы "Fram" (устанавливается на некоторых моделях "Мерседес")

Инерционно-масляные фильтры

Не так давно подобные воздухоочистители стояли практически на всех автомобилях. Да и сегодня часть дизельных двигателей ЯМЗ и почти все бензиновые типа ЗИЛ-130 комплектуются инерционно-масляными системами очистки воздуха. Принцип такой системы. В ее составе две обязательных составляющих: масляная ванна и фильтрующий элемент, представляющий собой набивку из металлической либо капроновой нити. Во время работы воздух проходит в кольцевую щель между корпусом и фильтрующим элементом, а затем к отражателю. При повороте поток воздуха захватывает масло из ванны и вместе с ним устремляется в фильтрующую набивку. Там образуется псевдокипящий пеномасляный слой, где и происходит сам процесс очистки воздуха: частички пыли, коснувшись масла, прилипают к нему. При неработающем двигателе масло из фильтрующего элемента стекает в ванну и увлекает за собой задержанную пыль. Скапливающуюся на дне масляной ванны грязь приходится регулярно удалять, а сам фильтрующий элемент - промывать. Дело это трудоемкое и, главное, вредное с точки зрения экологии. В последние годы инерционно-масляные воздухоочистители постепенно сдают свои позиции системам с сухими сменными элементами, имеющими фильтрующую перегородку. Основная причина отступления - меньшая эффективность. Лишь при максимальном расходе воздуха коэффициент пропуска пыли у инерционно-масляных систем с трудом подбирается к 1-2%. В эксплуатации такие режимы - редкость. А при самых распространенных нагрузках (около 20% мощности) пропуск пыли может достигать пяти, а то и десяти процентов. Сухие фильтрующие элементы практически лишены этого недостатка: на всех режимах работы двигателя они пропускают не более одного процента пыли. Поэтому картонным фильтрам прощается их "одноразовость". Системы очистки воздуха со сменными фильтрующими элементами Современные сменные сухие фильтры - это достаточно сложные конструкции из легких металлов, полимеров и тонкого пористого картона (почти бумаги). Их достоинства очевидны: высокая степень очистки и низкое сопротивление. То есть именно то, что улучшает эксплуатационные характеристики двигателя и продлевает срок его службы. Еще один неоспоримый плюс - простота и удобство замены элемента. Сопротивление фильтрующего элемента прямо связано со временем его работы и загрязненностью атмосферного воздуха. Надо добавить, что решающую роль в долговечности этих изделий играет, конечно, площадь фильтрующей поверхности. Фильтр для "Жигулей", имея площадь фильтрации 0,33 кв.м, достигает предельного сопротивления при пробеге 20 тыс. км. У "волговского" фильтра эти цифры равны 1 кв.м и 30 тыс. км пробега соответственно. Разумеется, приведенные цифры максимального пробега достаточно приблизительны, они получены для дорог с малой запыленностью воздуха, поэтому в реальных условиях их надо корректировать в меньшую сторону. То есть менять фильтрующие элементы чаще. Интересно отметить, что очищающая способность фильтра мало зависит от срока работы. Хорошей иллюстрацией сказанного служат экспериментальные данные, полученные на специальном безмоторном стенде НАМИ (объекты исследования - фильтрующие элементы ВАЗ).

Коэффициент пропуска пыли, достаточно высокий в самом начале работы фильтра (у изделий разных производителей он колеблется от 2,5 до 4,5%), быстро снижается до значений, не превышающих 1%. Объясняется это тем, что пыль, забивая поры картона, как бы сама создает дополнительный фильтрующий слой на его поверхности. Это происходит достаточно быстро – в течение одной минуты работы. Здесь стоит отметить, что сегодня именно испытательные стенды служат основным инструментом для получения объективной технической информации. Специальные методики позволяют пересчитать стендовые часы наработки в тысячи километров пробега. Вот только за рубежом результаты пересчитывают по другим коэффициентам. Отсюда, разница в инструкциях по периодичности замены фильтрующих элементов. С грузовиками картина иная - конкретных инструкций по замене фильтров нет. Это понятно: один и тот же мотор может быть установлен и на шоссейном рефрижераторе, и на карьерном самосвале. Условия работы абсолютно разные и нелепо было бы назначать для этих автомобилей некий средний пробег до смены фильтра. Поэтому на грузовиках применяют индивидуальные индикаторы засоренности воздухоочистителя, сигнал от которых поступает на стрелочный прибор или контрольную лампочку. У дизельных двигателей с турбонаддувом, как и у бензиновых инжекторных, к очистке воздуха предъявляются более жесткие требования. Это связано, в первую очередь, с особенностями их эксплуатации. При прочих равных условиях фильтры на таких двигателях меняют чаще, либо применяют фильтрующие элементы с повышенной площадью фильтрации.

О конструкциях и материалах

Фильтрующие элементы выпускаются трех конструктивных типов: цилиндрические (эти нам хорошо известны), панельные (например, Fram или AC Delco) и бескаркасные (в том числе и отечественные БиГУР

Нередко поток воздуха, проходящий через высокий фильтрующий элемент, вызывает пульсацию картонной шторы. Если при этом штора достает до каркаса фильтра (обечайки), на ней очень быстро появляются надрывы. Особенно часто это бывает, когда обечайка сделана из металла. Сама фильтрующая перегородка (штора) делается из специального высокопористого, пропитанного смолами картона. Пропитка нужна, чтобы предохранить штору от размокания при попадании на нее влаги. Если в процессе эксплуатации вы обнаружите, что штора разбухла - немедленно замените фильтр. Вообще, картон - самый распространенный материал для воздушных фильтров. Но в некоторых странах, например в Японии, сменные элементы делают из синтетических волокон. Эксплуатация таких элементов требует более строгого соблюдения предельных норм пользования. На престижных английских машинах "Роллс-Ройс", а иногда и на спортивных автомобилях устанавливают каркасные (проволочные) элементы из пятислойной марли, пропитанной "фирменным" маслом. По сравнению с картонными у них гораздо меньше начальное сопротивление. Кроме того, после специальной обработки они могут применяться повторно. Именно такие фильтры делает уже упомянутая нами компания K&N. Эти изделия могут устанавливаться и на некоторые серийные машины – например "Ауди" или БМВ. На цилиндрических (например, "жигулевских") фильтрах часто ставят так называемые предочистители в виде белого пояска из искусственного материала. Предочиститель хорош тем, что задерживает до 40% пыли, снижая пылевую нагрузку на картонную штору. Кроме того, он эффективно вбирает в себя сажу, несгоревшие углеводороды и пары масла - эти неизбежные компоненты атмосферы большого города. На грузовых автомобилях и тракторах, работающих в условиях большой запыленности воздуха, стоит применять двухступенчатую очистку. Для этого внутрь основного фильтрующего элемента помещают "фильтр безопасности", имеющий меньшую поверхность фильтрации. В случае нарушения герметичности основного фильтрующего элемента он берет на себя защиту двигателя от пыли.

Рисунок 2- Воздушный фильтр

Воздушный фильтр (рис.2) двухступенчатый, сухого типа, с инерционной решёткой, автоматическим отсосом пыли и сменным бумажным элементом. Воздушный фильтр состоит из корпуса, фильтрующего элемента и крышки. Фильтр прикреплен винтом 6 к воздухопроводу 10 и кронштейну 11, установленному на впускной трубе. Соосность воздухозаборника с отверстием в капоте обеспечивается при условии совмещения метки на корпусе фильтра с осью болта крепления фильтра (метка на корпусе может быть нанесена краской). Для обеспечения герметичности между крышкой и корпусом установлено уплотнительное кольцо. Верхняя крышка прикреплена к корпусу четырьмя защелками. Воздух через входной патрубок попадает для предварительной очистки в первую ступень с инерционной решеткой. В результате резкого изменения направления потока воздуха в инерционной решетке крупные частицы пыли отделяется п. под действием вакуума в патрубке, соединенном с эжектором глушителя, выбрасывается в атмосферу. Предварительно очищенный в первой ступени воздух поступает во вторую ступень с бумажным фильтрующим элементом для более тонкой очистки. Проникая через поры фильтрующего элемента, воздух оставляет на его поверхности мелкие частицы пыли. Окончательно очищенный воздух через трубопроводы поступает в цилиндры двигателя. В системе питания двигателя воздухом применен индикатор засоренности воздушного фильтра, установленный на впускном трубопроводе. По мере засорения фильтра растет вакуум во впускном трубопроводе. При достижении величины вакуума 0,007 МПа (0,07 кгс/см*) индикатор срабатывает, при этом в его смотровом окне появляется красный участок барабана, который остается в таком положении и после остановки двигателя. При срабатывании индикатора следует немедленно обслужить воздушный фильтр.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы был произведен тепловой и динамический расчет двигателя.

При выполнении теплового расчета были определены параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

При выполнении динамического расчета были определены силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм, произведен расчет и построены диаграммы суммарного крутящего момента и внешней скоростной характеристики двигателя.

Железко Б.Е. Основы теории и динамики автомобильных и тракторных двигателей.- Мн., 1980. -304 с.

Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 1980. -400 с.

Автомобильные двигатели. Под ред. д-ра техн. наук Ховаха М. С. - М.: Машиностроение, 1977. -592с.

Читайте также: