Краткое описание процессов, происходящих в одном цикле двигателя внутреннего сгорания. Расчет параметров кривошипно-шатунного механизма

Страницы работы

13 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Оглавление

1.   Краткое описание процессов, происходящих в одном цикле двигателя внутреннего сгорания.... 4

1.1.      Процесс впуска.............................................................................................................................. 4

1.2.      Процесс сжатия.............................................................................................................................. 4

1.3.      Процесс сгорания и расширения............................................................................................... 4

1.4.      Процесс выпуска........................................................................................................................... 4

2.   Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы.................................................... 5

3.   Расчет параметров кривошипно-шатунного механизма......................................................................................... 7

4.   Построение диаграммы фаз газораспределения      8

5.   Расчет и построение внешней характеристики ДВС........................................................................................................... 8

6.   Проектирование кривошипно-шатунного механизма......................................................................................... 9

Список литературы................................................................... 15


1.  Краткое описание процессов, происходящих в одном цикле двигателя внутреннего сгорания

Рассмотрим действительный цикл работы четырехтактного дизельного двигателя по мере происходящих в нем процессов.

1.1.  Процесс впуска

Первый такт – впуск горючей смеси.

Во время такта впуска (рис. 1, а), когда поршень 1 движется от в. м. т. к н. м. т., а впускной клапан 3 открыт, в цилиндр 2 поступает атмосферный воздух, который, нагреваясь в процессе сжатия, воспламеняет топливо, впрыскиваемое в конце такта сжатия. Давление воздуха  при впуске - 0,09 МПа. Температура воздуха в цилиндре составляет 50—80°С[1].

1.2.  Процесс сжатия

Второй такт – сжатие смеси.

Во время такта сжатия (рис. 1, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура, и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия (e = 15) давление и температура воздуха достигает значений 3,55 МПа и 550-700°С соответственно. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунку 4 (рис, 1, в) впрыскивается топливо [1] .

1.3.  Процесс сгорания и расширения

Третий такт - расширение, или рабочий ход.

Впрыснутое распыленное топливо, перемешиваясь со сжатым воздухом, самовоспламеняется и сгорает. При этом температура газов к концу сгорания повышается до 1800—2000°С, а давление  до 7,81 МПа. Под давлением газов, образующихся в результате сгорания топливовоздушной смеси, поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т., совершая механическую работу (рис. 1, в)[1].

1.4.  Процесс выпуска

Четвертый такт - выпуск отработавших газов.

Надпись: Рабочий процесс четырехтактного двигателя
 
Рис.1

Продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу (рис. 1, г). Температура выпуска равна 600-700° С, а давление газов – 0,11 МПа [1].

2.  Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы

В координатах  p – V  по оси абсцисс V откладываются условные отрезки, равные Vc = 1 и Va = e×Vc = e×1, т.е. при неизвестных значениях объемов за единицу их измерения принимают объем камеры сгорания Vc. Через концы этих отрезков (рис.2) проводятся вертикальные линии, параллельные оси p, которые ограничивают зону индикаторной диаграммы [2].

Полный объем:

Va = e × Vc ,

(1)

где e - степень сжатия (e = 16);

Vc – объем камеры сгорания (Vc= 1 [2]).

Va = 16×1 = 16

Рабочий объем Vh:

Vh = Va - Vc ,

(2)

Vh = 16 - 1 = 15

Объем в конце сгорания Vz:

Vz = r × Vc ,

(3)

где  r - степень предварительного расширения (r = 1,7).

Vz = 1,7×1 = 1,7

Показатель политропы сжатия n1 [2]:

n1 =1,41 – 100/n p,

(4)

где  n p-частота вращения колен вала об/мин (n p =3500 об./мин)

n1 =1,41 – 100/3500 = 1,381

Давление в конце такта сжатия pc, МПа:

pc = pa × e n1,

(5)

где pa  - давление газа при впуске, МПа (pa = 0,08 МПа);

e - степень сжатия (e = 15);

n1 – показатель политропы  сжатия (n1 = 1,381).

pc = 0,08×15 1,381 = 3,36 МПа

Промежуточные точки политропы сжатия (табл. 1) px и Vx:

px = (Va / Vx) n1 × pa,

(6)

где  Va / Vx – отношение соответствующих отрезков диаграммы ;

n1 – показатель политропы  сжатия (n1= 1,381);

Va - объем (Va = 16)

pa  - давление газа при впуске, МПа (pa = 0,08 МПа).

Определяем значение px и Vx по формуле (6) , беря значения Vx из интервала 2…14, результаты заносим в табл.1.

Таблица 1

Vx

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

px (МПа)

1,41

0,80

0,542

0,39

0,30

0,250

0,20

0,17

0,15

0,134

0,11

0,106

0,096

Давление в конце такта сгорания pz, МПа:

pz = l × pc,

(7)

где l - степень повышения давления  (l = 1,9);

pc – давление в конце такта сжатия, МПа (pc = 3,36 МПа)

pz = 1,9 × 3,36 = 6,384 МПа

Показатель политропы расширения n2:

n2 =1,22 – 130/n p,

(8)

n2 =1,22 – 130/3500 = 1,182

Степень последующего расширения d:

d = /r,

(9)

где  r - степень предварительного расширения (r = 1,7).

d =  16/1,7= 9,41

Давление в конце такта расширения pb, МПа:

pb = pz / d n2,

(10)

где pz - давление в конце такта сгорания, МПа (pz = 6,384 МПа);

d -  степень последующего расширения (d = 9,41);

n2 - показатель политропы расширения  (n2 = 1,182)

pb = 6,384/9,41 1,182 = 0,632 МПа

Промежуточные точки политропы расширения (табл. 2) px и Vx:

px = (Vb / Vx) n2 × pb,

(11)

где  Vb / Vx- отношение соответствующих отрезков (Vx = 2,5…14)

Vb – объем (Vb = 16)

n2 -показатель политропы расширения (n2 = 1,182)

pb - давление в конце такта расширения, МПа (pb = 0,632 МПа)

Определяем значение px и Vx по формуле (11) , результаты заносим в табл.2.

Таблица 2

Vx

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

px (МПа)

7,3

4,57

3,25

2,4

2,01

1,67

1,4

1,24

1,10

0,98

0,88

0,8

0,74

Среднее теоретическое индикаторное давление piT, МПа [2]:

(12)

Среднее давление механических потерь рм, МПа [2]:

(13)

где- средняя скорость поршня в цикле, м/с.

Предварительно принимаем скорость равной = 10 м/с [2].

Действительное индикаторное давление с учетом коэффициента скругления n  диаграммы рiT, МПа:

(14)

где n - коэффициент скругления диаграммы (n = 0,95 [2]).

Среднее эффективное давление цикла рэ, МПа:

(15)

Полученные расчетом данные используем для построения индикаторной диаграммы (рис. 2).

3.  Расчет параметров кривошипно-шатунного механизма

Рабочий объем цилиндра Vh, л [2]:

,

(16)

где t - тактность двигателя (t = 4);

Pe – заданная мощность двигателя, кВт (Pe = 145кВт);

i – заданное число цилиндров (i = 6);

рэ - среднее эффективное давление цикла, МПа (рэ = 0,92 МПа);

nр – номинальная частота вращения коленвала, об/мин (nр = 3500).

Диаметр поршня D, дм:

(17)

где S/D – заданное отношение хода поршня к его диаметру (S/D = 0,9).

Ход поршня S, дм:

(18)

Средняя скорость поршня J, м/с:

(19)

где S - ход поршня, м (S=0,082 м)

n -номинальная частота вращения коленвала , об./мин (= 3500 );

Сравниваем среднюю скорость   и предварительно принятую , видно, что они различаются, значит расчетом по формуле (13) при  =  = 9,5 м/с получено . По формуле (15) при  получено  0,92 МПа.

4.  Построение диаграммы фаз газораспределения

Радиус кривошипа коленвала r, м:

r = S / 2,

(20)

r = S / 2 = 0,082/2 = 0,041 м

Под отрезком Vh ниже оси V строится полуокружность радиусом r равным половине отрезка (рис. 2) [2].

Радиус r:

r = Vh / 2,

(21)

где Vh – рабочий объем (Vh = 15).

r = 15 / 2 = 7,5

Вправо от центра полуокружности по горизонтали откладываем отрезок ОО1.

,

(22)

где - коэффициент;

r – радиус кривошипа (r = 7,5);

lшат – длина шатуна.

Учитывая, что lшат = (3,5…4,5) × r, примем lшат = 3,5 × r.

(23)

мм

Угол открытия клапанов: впускного j1 = 20 0, выпускного j2 = 70 0.

Угол закрытия клапанов: впускного j3 = 60 0, выпускного

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Ремонт машин
Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
467 Kb
Скачали:
0