Разработка двигателя для грузового автомобиля массой до 40 тонн (Глава 2 курсового проекта)

2. РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ .

Расчёт рабочего цикла производится с целью определения основных показателей двигателя и размеров его цилиндра.

2.1. Параметры процесса газообмена .

Количество свежего заряда ,поступающего в цилиндры дизельного двигателя определяется по формуле :

,где Lo – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива .Определяется по формуле :

Количество остаточных газов при    α≥1 определяется по следующим формулам :

Общее количество остаточных газов определяется :

Температура и давление остаточных газов принимаю : Pr=0.16 МПа ,Tr=700 К .

Коэффициент остаточных газов определяется из уравнения :

 

Количество остаточных газов определяется :

Давление и температура рабочей смеси в конце процесса впуска определяется по следующим  формулам :

2.2. Параметры процесса сжатия .

Давление и температура в конце процесса в конце процесса сжатия определяется по формулам :

,где n1 – средний показатель политропы сжатия , n1=1.37 .

Внутренняя энергия свежей смеси в конце процесса сжатия определяется по формуле :

,где tc – температура в конце процесса сжатия ,˚С ,определяется :

(m·Cv) –средняя мольная теплоёмкость свежего заряда при постоянном объёме и температуре tc ,кДж/кмоль град. ,определяется :

Внутренняя энергия остаточных газов в конце процесса сжатия определяется по формуле :

, где ( m·Cv´´) – средняя мольная теплоёмкость остаточных газов при постоянном объёме и температуре tc

Мольные компоненты отдельных газов подсчитываются по формулам :

Внутренняя энергия рабочей смеси в конце процесса сжатия определяется :

2.3. Расчёт процесса сгорания .

Теплота сгорания рабочей смеси определяется по формуле :

, где Hсм – низшая теплота сгорания топлива ,кДж/кг .Для дизельного топлива Hu=42500 кДж/кг .

Определяю химический коэффициент молекулярного изменения свежей смеси :

Определяю действительный коэффициент молекулярного изменения свежей смеси по формуле :

Для определения давления и температуры в конце процесса сгорания необходимо решить уравнения сгорания :

, где ξ  – коэффициент использования теплоты , ξ=0.8 ;

tz – температура в конце процесса сгорания ,˚С ;

λ – степень повышения давления , λ=1.8 ;

( m·Cv´´) – средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания дизеля в конце процесса сгорания ,определяется :

Мольные теплоёмкости отдельных компонентов определяю по формулам :

Подставляю известные значения в уравнение сгорания :

Решив уравнение получаю : tz =2473 ˚C ,Tz =2200 K .

Максимальное давление сгорания определяется по формуле :

Степень предварительного расширения определяю по формуле :

2.4. Параметры процесса расширения .

Давление и температура в конце процесса расширения определяю из следующих формул :

,где δ – степень последующего расширения ,определяется :

n2 – средний показатель политропы расширения , n2=1.24 ;

2.5. Индикаторные показатели рабочего цикла .

Среднее индикаторное давление нескруглённой диаграммы определяется из выражения :

Среднее индикаторное давление действительного цикла :

Индикаторный КПД двигателя рассчитывается по следующей формуле :

,где Lo –теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива кг/кг топлива  ,Lo=14.45 кг/кг топлива ;

ρо – плотность заряда на впуске ,кг/м³ , ρо=1.95 кг/м³;

ηv – коэффициент наполнения , ηv=0.9 ;

Индикаторный удельный расход топлива определяется по формуле :

2.6. Эффективные показатели двигателя .

Среднее давление механических потерь зависит от средней скорости поршня и конструктивных особенностей двигателя .Для четырёхтактных дизельных двигателей :

Среднее эффективное давление определяется по формуле :

Механический КПД определяется :

Эффективный КПД нахожу по формуле :

Эффективный удельный расход определяю по формуле :

2.7. Размеры цилиндра и рабочий объём двигателя .

Рабочий объём двигателя определяется из выражения :

,где τ – тактность двигателя , τ=4 ;

Рабочий объём одного цилиндра определяется :

Диаметр цилиндра определяется по формуле :

,где k=S/D=0.95  ;

Ход поршня :

Уточняю значение средней скорости поршня :

По окончательно принятым значениям D и S определяю уточнённые значения параметров и показателей двигателя :

Рабочий объём двигателя :

Рабочий объём одного цилиндра :

Эффективная мощность :

2.8. Индикаторная диаграмма двигателя .

Принимаю следующие масштабы построения индикаторной диаграммы :

Масштаб хода поршня  - Ms=1мм в 1мм ;

Масштаб давления – Mp=0.05 МПа в 1 мм .

Максимальна высота диаграммы :

Ординаты характерных точек :

Построение политропы расширения и политропы сжатия :

Политропа сжатия :

Для политропы сжатия уравнение политропы имеет вид:

,откуда

,где Px ,Vx – давление и объём в исходной точке процесса сжатия  ;

отношение Va/Vx изменяется в пределе (1-ε) .

Для политропы расширения получаю следующее уравнение :

,где Vb/Vx изменяется в пределах (1-ε )  .

Таким образом произвожу расчёт нескольких точек для промежуточных объёмов (положений поршня) ,расположенных между  Vc и Va и мкжду Vr и Vb .

Скругление индикаторной диаграммы осуществляю из следующих соображений  .Фазы газораспределения выбираю с учётом  получения хорошей очистки цилиндров от остаточных газов ,чтобы процесс сгорания происходил более качественно .

В связи с этим устанавливаю :

-  начало открытия впускного клапана (точка r′ ) – за 30˚п.к.в.  до ВМТ ;

-  закрытие впускного клапана (точка a΄΄)  -  60˚п.к.в. после НМТ ;

-  начало открытия выпускного клапана (точка b΄) – за 60˚п.к.в. до НМТ ;

-  закрытие выпускного клапана (точка а΄) - 25˚п.к.в. после ВМТ ;

-  угол опережения впрыска (точка с΄) - 25˚п.к.в. до ВМТ ;

-  продолжительность периода задержки воспламенения (точка f) – Δφ=15˚п.к.в.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углам опережения впрыска определяю положение точек  r΄,a΄,b΄,a΄΄,c΄,f  по формуле перемещения поршня :

,где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна ,λ=0.25 .

Результаты расчёта координат точек свожу в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Результаты расчёта .

Обозна- чение	Положение	φ˚	(1-cosφ)+λ/4(1-cos2φ)	Расстояние от ВМТ до точки ,мм
b΄	60˚п.к.в. до НМТ	480	1.59	88
r΄	30˚п.к.в. до ВМТ	690	0.17	8
a΄	25˚п.к.в. после ВМТ	25	0.12	6
a΄΄	60˚п.к.в. после НМТ	240	1.59	88
c΄	25˚п.к.в. до ВМТ	335	0.12	6
f	(25-10)˚п.к.в. до ВМТ	345	0.04	2

Положение точки с΄΄ определяю из выражения :

Нарастание давления от точки C΄΄ до точки Zd составляет :

Соединяя плавными кривыми точки  ,получаю скруглённую индикаторную диаграмму .