Краткое описание процессов, проходящих в ДВС в одном цикле. Процесс впуска. Сжатие, расширение, выхлоп

МПС РФ

Сибирский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Механизация путевых, погрузочно- разгрузочных и строительных работ»

Расчетно-графическое упражнение по дисциплине «Двигатели внутреннего сгорания»

Определение основных параметров двигателя внутреннего сгорания

Проверил:                                Выполнил:

Ст. преподаватель                  студент гр. М- 312

_________(подпись)               ___________(подпись)

_________(дата)                     ___________(дата)

2002

1.  Краткое описание процессов, проходящих в ДВС в одном цикле.  

Характеристики ДВС, его масса и размер определяются в процессе      расчета кривошипно- шатунного механизма (КШМ) с использованием законов термодинамики. Здесь рассматривается действительный цикл работы            4-хтактного ДВС, т.е. с учетом тепловых и механических потерь.[1]

1.1  Процесс впуска.

Поршень движется к нижней мертвой точке, при этом впускной клапан открывается за 25⁰ до в.м.т. и закрывается по прошествии 30 градусов после н.м.т. , и в цилиндр поступает воздух. Давление в конце такта 0,09 МПа.[1]

1.2 Процесс сжатия.

Поршень движется до в.м.т., и сжимает воздух. Оба клапана закрыты.вследствие большой силы сжатия, в конце цикла развивается давление 4,24 МПа, а температура превышает температуру самовоспламенения топлива. В конце такта сжатия, не доходя 17⁰ до в.м.т., в цилиндр через форсунку начинается впрыск жидкого топлива. Устройство форсунки и высокое давление (ок. 21МПа) позволяют распылять топливо в виде облака. Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с раскаленным воздухом, и образуется рабочая смесь, которая воспламеняется и сгорает.[1]

1.3 Процесс расширения.

Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. до н.м.т. в начале такта расширения топливо сгорает до конца. Давление при этом достигает 16,11 МПа. К концу такта расширения давление газов уменьшается до 0,89 МПа.[1]

1.4 Процесс выхлопа.

Поршень движется к в.м.т. Выпускной клапан открывается за 35⁰ до н.м.т. и закрывается по прошествии 20⁰ после в.м.т., и через открытый клапан выталкивает отработанные газы в атмосферу. Давление газов к концу такта составляет 0,110 МПа.[1] 

2. Расчет параметров одного цикла.

Задача сводится к тому, чтобы от двух неизвестных функций V=f(P) перейти к одной.

Условимся за единицу измерения объема принять объем камеры сгорания [1]. Тогда:

V_a=εV_c=ε·1=17 , где ε-степень сжатия.

Рабочий объем:      V_h=V_a-V_c=17-1=16  

Объем в конце сгорания [1]:   V_z=ρV_c=1.4·1=1.4, где ρ-степень предварительного расширения.

Давление в конце такта сжатия [1]: p_c=p_aεⁿ¹  , где n₁-показатель политропы сжатия.                                                                                n₁=1,41-100/n_p=1,41-100/2200=1,36

p_c=0,09·17^1,36=4,24 МПа

Давление в конце сгорания, МПа [1]:   p_z=λp_c=3,8·4,24=16,11;  

Давление в конце такта расширения [1]:  p_b=p_z/δⁿ², где δ- степень последующего расширения, δ=ε/ρ=17/1,4=12,14;

n₂- показатель политропы расширения,

n₂=1,22-130/n_p=1,22-130/2200=1,16;

p_b=16,11/12,14^1,16=0,89 МПа.;

Среднее теоретическое индикаторное давление p_it [1]:

p_it=2,8 Мпа;

Действительное индикаторное давление с учетом коэффициента       скругления диаграммы ν=1[1]:

p_iд=p_itν- (p_r- p_a);

p_iд=2,8- (0.110-0.09)=2,78 МПа;

Среднее эффективное давление цикла [1]:

p_э= p_iд-p_м,

где p_м- среднее давление механических потерь, МПа.

p_м=0,089+0,0115υ_м=0,204 МПа, где υ_м-средняя скорость поршня в цикле, м/с. Предварительно     принимаем эту скорость, равной υ_м=10 м/с. [1]

P_э=2,78-(0,089+0,0115·10)=2,58 МПа

3.Расчет параметров КШМ.

Рабочий объем цилиндра, л [1]:

V_h=30τP_e/p_en_pi,     где τ- тактность двигателя, P_e-заданная мощность двигателя, кВт, p_э-среднее эффективное давление цикла, МПа, n_p-номинальная частота вращения коленвала, i- заданное число цилиндров [1].

V_h=30·4·80/2,58·2200·4=0,422 л.;

Диаметр поршня:

D=0,0755 м.;

Ход поршня:

D·1.25=0.0755·1.25=0,0944 м.;

Средняя скорость поршня:

υ=Sn/30=0.0944·2200/30=6,92 м/с;