Расчет процесса газообмена

Введение

Задачей выполнения курсовой работы являются расчет процесса газообмена поршневого двухтактного ДВС с помощью метода разработанного профессором А.С. Орлиным.

Целью расчета является определение сечений и время-сечений органов газораспределения, обеспечивающих своевременное и полное удаление продуктов сгорания и поступления в цилиндр требуемого количество свежего заряда.

Исходные параметры:

1) Условия окружающей среды:

 

2) Тип продувки:

Контурная(петлевая)

3) Размерность цилиндра:

D/S=44/50 см

4) Номинальные обороты двигателя:

n=300 мин^-1

5) Давление продувки-наддува:

P_k=0.15 МПа

6) Давление в выпускном трубопроводе:

P_p=0.12 МПа

7) Давление в цилиндре в начале открытия выпускных органов:

P_b=0.48 МПа

8) Температура в начале выпуска:

T_b=1200 К

9)Степень сжатия действительная:

ε=7,3

10) Коэффициент избытка продувочного воздуха:

φ_k=1.25

11)

Где R – радиус кривошипа;

L – длина шатуна

Выбор параметров процесса газообмена.

Температура продувочного воздуха Т_к:

Где ;

k=1.4;

Средняя температура газов в выпускном коллекторе:

Где α=1,8.

Температура в начале выпуска:

Давление в цилиндре в начале открытия продувочных окон:

Среднее давление в цилиндре:

Где α=0,5

Средняя за процесс продувки-наполнения температура в цилиндре (условная):

Где Т_а =___К – температура в начале сжатия;

Т_п – температура в начале продувки:

896 K

Где m=k=1.3 – для продуктов сгорания.

Для двигателя с петлевой продувкой в предположении полного перемешивания продувочного воздуха и продуктов сгорания:

Где  - подогрев воздуха от стенок цилиндра, величиной  можно пренебречь;

φ₀=;

T_r – температура остаточных газов, при ориентеровочных расчетах можно принять T_r=T_п=896К.

Коэффициенты расхода (для петлевой схемы продувки):

 - коэф., отнесенный к периоду свободного выпуска (предварение выпуска), - коэф. расхода продувочных органов,

,ν_в=ξμ_в=0.34, где - поправочный множитель, учитывающий отклонение условного расчетного процесса принудительного выпуска от действительного, - коэф., расхода выпускных органов, отнесенный к периоду принудительного выпуска.

К впускным окнам предъявляются следующие требования:

1.   Время - сечение окон должно обеспечивать поступление в цилиндр необходимого количества воздуха для продувки и наполнения.

2.   Форма окон должна обуславливать такое направление воздушного потока в цилиндре, которое обеспечивало бы хорошее качество газообмена и необходимую для процесса смесеобразования интенсивность завихрения.

3.   Размеры выпускных окон и фазы их открытия должны быть выбраны такие, чтобы при достаточно большом время - сечении предотвратить возможность значительного заброса продуктов сгорания в продувочный ресивер, а также задержку поступления продувочного воздуха в цилиндр.

4.   Площадь открытия окон по углу поворота коленчатого вала в начальный момент должна увеличиваться по возможности быстро, с тем чтобы можно было реализовать повышенные перепады давлений между продувочным ресивером и цилиндром.

Выпускные органы должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1.  Время – сечение выпускных органов должно обеспечивать полное удаление из цилиндра продуктов сгорания. При этом следует учитывать, что уменьшение время – сечения предварения выпуска для увеличения полезного хода поршня может привести к повышенным давлениям в цилиндре в начале открытия выпускных органов.

2.  Необходимо резкое увеличение площади проходного сечения открытых выпускных органов в начале их открытия.

Выбор геометрических параметров органов газораспределения.

Суммарная ширина выпускных окон при петлевой продувке:

;

Высота пояса выпускных окон:

;

Суммарная ширина продувочных окон при петлевой продувке:

;

Высота пояса продувочных окон при одном ряде окон:

;

Угол между осью канала продувочного окна и осью цилиндра:

β=60°

Угол между осью продувочных окон и радиальным направлением для первой, второй и третьей пары окон соответственно:

α₁=16°, α₂=34°, α₃=54°

Живая ширина сечения продувочных окон:

Живая высота сечения продувочных окон:

Поправка Брикса, учитывающая конечную длину шатуна:

Где R= 250 мм – радиус кривошипа;

L=1136 мм – длина шатуна.

Масштабы при построении диаграмм:

По оси ординат, м²/см           m_f=0.00417

По оси абсцисс:

В градусах, град/см         m_φ=8.33

В секундах, с/см             

Масштаб площади диаграммы:

Располагаемое время-сечение предварения выпуска:

А_ор=6,53·19,3·10^-6=126·10^-6 м²∙с

Величина давления в цилиндре в начале открытия продувочных органов Р_н сначала в предположении надкритического и подкритического истечения газов за время предварения выпуска:

Где  – объем цилиндра в начале открытия выпускных органов;

 – объем цилиндра в начале открытия продувочных органов;

 - среднее значение величины объема цилиндра в начале открытия выпускных органов и в начале открытия продувочных органов.

Критическое давление в цилиндре:

Где k=1.3.

Так как P_н<P_кр, следовательно, предположение о наличии истечения газов из цилиндра надкритического и подкритического подтверждается.

Необходимое время сечение предварения выпуска:

Отношение располагаемого к необходимому время-сечения:

Следовательно протекание процессов продувки и принудительного выпуска удовлетворительно.

Время-сечение свободного выпуска:

Где  – объем цилиндра в начале открытия выпускных органов;

 – объем цилиндра в начале продувки;

 - среднее значение величины объема цилиндра в начале открытия выпускных органов и в начале продувки.

В масштабе диаграммы это составит площадь:

Положение вертикали ПП₁ определяется величиной этой площади. Таким образом, на диаграмме площадь ВПП₁В соответствует время-сечения свободного выпуска. Величина полученного время-сечения соответствует углу поворота в 133° после в.м.т. Объем цилиндра, соответствующий данному углу,

V_п=0,065 м³

Относительное несовпадение с ранее назначенным объемом V_п:

Располагаемое время-сечение наполнения и продувки ПП₂МБ:

А_пр=50,1·19,3·10^-6=978·10^-6

Необходимое время сечение

Где значение функции ψ_п в зависимости от отношения  определим по графику на рис. 23[1]

Отношение располагаемого к необходимому время-сечения:

, что допустимо.

Располагаемое время сечение принудительного выпуска

А_вр=103,9·19,3·10^-6=2004·10^-6 м²·с

Удельный вес воздуха при давлении Р_к и температуре Т_к:

Весовое количество продуктов сгорания, вытекающих за период принудительного выпуска:

G_св=0,044·1,58·1,25-0,04=0,11 кгс.

Значение функции ψ_в в зависимости от отношения  определим по графику на рис. 23[1]

Необходимое время-сечение принудительного выпуска:

Величина расчетного коэффициента , отнесенного к процессу принудительного выпуска:

Отношение располагаемого к необходимому время-сечения:

Средние условные скорости воздуха и газов:

При свободном выпуске:

При принудительном выпуске:

Где

При продувке:

Полученные скорости являются характерными для двигателей этого типа.

Список использованной литературы:

1)  «Расчёт рабочего цикла и газообмена в поршневых ДВС». Ю.Н. Исаков, А.К. Костин, В.В. Ларионов. Ленинград,  1977 г.

2)  «Теория двигателей внутреннего сгорания». Н.Х. Дьяченко. Л., «Машиностроение» (Ленингр. Отд-ние), 1974, 552 с.