Определение основных параметров двигателя внутреннего сгорания. Пояснительная записка

остальные такты являются подготовительными и осуществляются за счет запасенной энергии маховика и за счет энергии от рабочих ходов, осуществляемых в других цилиндрах, что обеспечивает плавность работы двигателя.

Обычная последовательность работы у четырехцилиндровых двигателей-1-2-4-3 или 1-3-4-2, у шестицилиндровых-1-5-3-6-2-4, у восьми-1-5-4-2-6-3-7-8.

Дизельные двигатели в сравнении с бензиновыми более полно используют энергию сгоревшего топлива и не имеют ограничения на величину рабочего объема одного цилиндра. Дизели имеют более мягкую характеристику крутящего момента, а значит более «тяговиты» на режимах малой частоты вращения.

2. Расчёт параметров цикла

Полный объем:

                                                                                  ,                                                  (1)

где ε – степень сжатия;

V_с = 1 (в условных единицах),

- объем камеры сгорания.

;

Рабочий объем:

                                                                               ;                                               (2)                

;

Объем в конце сгорания V_z:

V_z = V_c ,                                                       (3)

где  ^_  степень предварительного расширения;

V_z = 1,71 = 1,7

Давление в конце такта сжатия , МПа

                                           _,                                                     (4) где n₁ - показатель политропы сжатия, определяемый по формуле В. Петрова:

                                                              ;                                                    (5)

где n_p - частота вращения коленвала, об/мин:

;

                                              ;

Промежуточные точки политропы сжатия рассчитаны с использованием соотношения:

                                                           ;                                                 (6)

Тогда:                               ;                                               (7)

Промежуточные точки политропы сжатия рассчитываются по формуле (7) , результаты приведены в таблице 1.

,

,

,

,

,

,

,

,

.

Таблица 1 – Промежуточные точки политропы сжатия

Vx	1	2	3	4	5	6	7	8	16,1
px, МПа	3,25	1,62	1,08	0,81	0,648	0,54	0,463	0,4	0,07

Давление в конце сгорания , МПа:

                                                  ,                                                        (8)

где λ  - степень повышения давления;

                                                 .

Давление в конце такта расширения p_b, МПа:

p_b = p_z /  ⁿ² ,                                                 (9)

где  ^_ степень последующего расширения:

 =  / = 16,1 /1,7=9,5

n₂ - показатель политропы расширения, определяемый по формуле В. Петрова:

n₂=1, 22 – 130/n_р = 1, 2 – 130/3000=1,18                                     (10)

Промежуточные точки политропы расширения:

                                                                ;   V_a=V_b                                        (11)

                                                        ;                                            (12)

Промежуточные точки политропы расширения рассчитываются по формуле (12), результаты приведены в таблице 2.

,

,

,

,

,

,

,

,

.

Таблица 2 – Промежуточные точки политропы расширения

Vx	1	2	3	4	5	6	7	8	16,1
px, МПа	14,07	7,03	4,69	3,52	2,81	2,34	2,01	1,75	0,53

Среднее теоретическое индикаторное давление , МПа:

;                (13)

Действительное индикаторное давление с учетом коэффициента скругления диаграммы , МПа:

;                                   (14)

где p_r - давление выхлопных газов;

p_а – давление при впуске;

ν – коэффициент скругления.

.

Среднее давление механических потерь , МПа

;                                              (15)

где ^_ средняя скорость поршня в цикле, м/с. Предварительно = 10 м/с.

.

Среднее эффективное давление цикла , МПа:

;                                               (16)

где p_э – среднее эффективное давления цикла;

.

Полученные расчетом данные используем для построения индикаторной диаграммы (рис. 1).

Индикаторная диаграмма – графическая зависимость между давлением и объемом p = f(V).

3. Построение индикаторной диаграммы.

4. Определение основных параметров кривошипно-шатунного механизма.

Механический КПД двигателя, :

                                          ;                                            (17)

.

Рабочий объем цилиндра , л:

;                                                        (18)

где τ - тактность двигателя (τ=4);

P_e – заданная мощность двигателя, кВт;

p_э  - среднее эффективное давление цикла, МПа;

n_p - номинальная частота вращения коленвала;

i - заданное число цилиндров;

;

Диаметр поршня D, мм:

;                                               (20)

.

Ход поршня S, мм:

S = 1,1D = 99 мм

Средняя скорость поршня , м/с:

;                                                     (21)

 ;

.

Средняя скорость движения поршня не превышает максимально допустимого значения.

5. Построение диаграммы фаз газораспределения. Связь ее с индикаторной диаграммой.

Для построения воспользуемся значениями углов приведенных в задании: угол открытия впускного клапана:  φ₁ = 15˚;

угол открытия выпускного клапана:  φ₂ = 60˚;

угол закрытия впускного клапана:  φ₃ = 70˚;

угол закрытия выпускного клапана:  φ₄ = 10˚;

угол опережения впрыска: γ = 10˚.

Вправо от центра полуокружности, построенной под отрезком V_h c диаметром равным этому отрезку, по горизонтали отложим отрезок ОО₁ .

;                                                   (22)

где   - коэффициент;

r – радиус кривошипа коленвала, ;

l_ш – длина шатуна.

Учитывая, что длина шатуна двигателя обычно l_ш > 3,5r,принимаю l_ш =4r, получим:

Из центра О₁ проводятся  лучи до пересечения с полуокружностью. Углы наклона лучей φ к горизонтальной оси соответствуют заданным значениям углов открытия и закрытия клапанов и угла опережения зажигания γ.

6. Расчет и построение внешней характеристики ДВС.

Внешняя (скоростная) характеристика – графическая зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала.

Мощность:

;                 (23)

где а, b – эмпирические коэффициенты, аппроксимирующего перегрузочную ветвь внешней характеристики кубического трехчлена (для дизелей с предкамерой: а = 0,6; b = 1,4)

n_ei – текущие значения частоты вращения коленчатого вала;

n_p – номинальная частота вращения.

Крутящий момент:

.                     (24)

Значения, необходимые для построения внешней характеристики рассчитываются по формулам 22 и 23. Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет внешней характеристики.

7. Проектирование кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Кривошипно-шатунный механизм проектируется при известном диаметре поршня. Все остальные основные размеры определяются из эмпирических соотношений.

Параметры КШМ:

Диаметр пальца: d_п =(0,3…0,4)D = 27…36 мм;

принят d_п= 30 мм;

Внутренний диаметр пальца: d_в =(0,55…0,7)d_п= 16,5…21 мм;

принят d_в= 20 мм;

Длина пальца: l_п = (0,8…0,9)D = 72…81 мм;

принята l_п= 72 мм;

Расстояние между внутренними торцами бобышек: b = (0,25…0,5)D = 22,5…45 мм;

принято b= 40 мм;

Внешний диаметр внутреннего торца бобышек: d_б = (1,3…1,6)d_п = 39…48 мм;

принят d_б= 40 мм;

Толщина днища поршня: δ = (0,1…0,2)D = 9…18 мм;

принята δ = 12 мм;

Расстояние от днища поршня до первой канавки под поршневое кольцо: с₁ = (0,11…0,2)D = 9,9…18 мм;

принято c₁= 14 мм;

Толщина первой кольцевой перемычки: h_п = (0,04…0,07)D = 3,6…6,3  мм; принята h_п= 3,6 мм;

Радиальная толщина кольца: комп. t=(0,04…0,045)D = 3,6…4,05 мм; принята t= 3,6 мм;

масл. t=(0,038…0,043)D=3,42…3,87 мм;

принята t= 3,5 мм;

Толщина стенки головки поршня: S= (0,05…0,1)D= 4,5…9 мм; принята S= 7 мм;

Расстояние от днища поршня до центра отверстия под палец: