Курсовая работа: Тепловой, кинематический и динамический расчет дизельного двигателя. Тепловой расчет. Процесс впуска. Процесс сжатия. Процесс…

Тепловой расчет и тепловой баланс дизеля.

Исходные данные:

Число цилиндров:

Частота вращения коленчатого вала

Степень сжатия

Наличие наддува:

Эффективная мощность

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

Материал поршня:

Неуравновешенные части одного колена без противовесов:

тип двигателя:

Тепловой расчет

Топливо. В соответствии с ГОСТ 305-73 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо для работы в летних условиях марки Л и для работы в зимних условиях марки 3). Цетановое число топлива - не менее 45.

Средний элементарный состав дизельного топлива

Низшая теплота сгорания топлива

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

Коэффициент избытка воздуха. Уменьшение коэффициента избытка воздуха до возможныхпределов уменьшает размеры цилиндров, а следовательно, повышает литровую мощность двигателя, но одновременно значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталейпоршневой группы, увеличивается дымность выпускных гахов.

так как дизель с

то коэффициент избытка воздуха

количество свежего заряда:

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания

при

Общее количество продуктов сгорания

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Атмосферные условия

Па

Давление окружаюей среды для дизелей с

Температура и давление остаточных газов. Достаточно высокое значение дизеля снижает температуру и давление остаточных газов, а повышенная частота вращения коленчатого вала несколько увеличивает значения Тr и pr. При наддуве температурный режим двигателя повышается и увеличивает значения Тr и pr. Поэтому можно принять для дизелей с

Процесс впуска. Температура подогрева свежего заряда. Расчитываемый двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле может достигать

плотность заряда при впуске:

потери давления на впуске в двигателе:

где

приняты в соответствии со скоростным режимом двигателей и с учетом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе дизеля с наддувом и без наддува.

Давление в конце впуска:

коэффициент остаточных газов

температура в конце впуска

Коэффициент наполнения

Процесс сжатия. Средние показатели адиабаты и политропы сжатия. При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме

Давление и температура в конце сжатия

тогда

Средняя мольая теплоемкость в конце сжатия

a) свежей смеси

б) остаточных газов

при

и

!

в) рабочей смеси

Процесс сгорания . Коэффициент молекулярнгого изменения свежей смеси в дизелях

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в дизелях:

Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях без наддува

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания в дизелях:

Коэффициент использования теплоты для современных дизелей с неразделенными камерами сгорания и хорошо организованным струйным смесеобразованием можно принять для двигателя

Степень повышения давления в дизеле, в основном, зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11-12 МПа В связи с этим целесообразно принять для дизеля

Температура в конце видимого процесса сгорания

тогда решая это уравнение получаем:

тогда

максимальное давление сгорания для дизелей

Процесс расширения. Степень последуюего расширения для дизелей

Средние показатели адиабаты и политропы расширения для дизелей выбираются следующим образом. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения, с учетом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения, который определяется по номограмме

при

!

Давление и температура в конце расширения для дизелей

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов для дизелей

что допустимо

Индикаторные параметры рабочего цикла. Теоретическое среднее индикаторное давление

среднее индикаторное давление для дизелей

Индикаторный КПД для дизелей

индикаторный удельный расход топлива для дизелей

Эффективные показатели двигателя. среднее давление механических потерь

где

- средняя скорость поршня

среднее давление и механический КПД для дизелей

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива для дизелей

Основные параметры цилиндра и двигателя.

Литраж двигателя

- число тактов

Рабочий объем одного цилиндра

Диаметр и ход поршня дизеля, как правило, выполняются с отношением хода поршня к диаметру цилиндра.

Однако уменьшение

для дизеля, также как и для карбратор-

-ного двигателя, снижает скорость поршня и повышает

В связи с этим целесообразно принять

тогда

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S:

или

Тогда

Построение индикаторной диаграммы. Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя . Т.е. при кВт и об/мин

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня мм в мм. Масштаб давлений МПа в мм. Приведенные величины, соответствующие рабочему обему цилиндра и объему камеры сгорания

где

мм в мм

тогда

где

- коэффициент сжатия.

Тогда

Максимальная высота диаграммы

Ординаты характерных точек

Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с.

Теплота, передаваемая охлаждаюей среде:

- коэффициент пропорциональности

где

- показатель степени

Теплота, унесенная с отработанными газами

где

- теплоемкость остаточных газов при тепературе t=20C

при

тогда

Неучтенные потери теплоты

Расчет и построение внешних скоростных характеристик

При известной максимальной мощности двигателя

и частоте вращения двигателя при максимальной мощности

и коэффициентах, характеризующих тип двигателя

Запишем формулу С.Р. Лейдермана, которая позволит построить внешнюю скоростную характеристику

Крутящий момент двигателя на режимах внешней характеристики вычисляют по формуле:

Удельный расход топлива по формуле

- для дизелей

построим графики

построение индикаторной диаграммы

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом

а) политропа сжатия

где

показатель политропы при сжатии

б) политропа расширения

где

показатель политропы при расширении

Результаты расчета точек приведены в таблице.

Теоретическое среднее индикаторное давление

Полученные данные сведем в таблицу:

Политропа сжатия

политропа расширения

где

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна(предварительно выбранная величина)

Положение точки

определяется из выражения

Действительное давление сгорания

Нарастание давления от точки

до

составляет

Динамический расчет кривошипно - шатунного механизма.

Индикаторная диаграмма.

- масштаб давлений

по оси абцисс(масштаб хода поршня)

мм в мм

индикаторная диаграмма

Диаграмма сил давления газов развернутая по углу поворота коленчатого вала

Динамика кривошипно - шатунного механизма

Зададимся удельной массой :

так как

то удельная масса поршневой группы колеблется в пределах

при

при

При известном диаметре

интерполируя выше известные величины, получим

масса шатуна

при

при

При известном диаметре

интерполируя выше известные величины, получим

Так как в нашем случае -

то удельная масса неуравновешенных частей одного колена без противовесов

при

при

При известном диаметре

интерполируя выше известные величины, получим

Площадь верхней поверхности поршня

Масса деталей поршневой группы считается сосредоточенной на сои поршевого пальца. Значение этой массы

масса шатуна

масса колена вала

массу шатуна расчленяем на две массы

одну часть отнесем к поршневой группе:

другую часть отнесем к массе шатунной шейке (массе вращающихся деталей)

Тогда суммарная масса, совершающая возвратно поступательное движение

и вращательное движение -

Силы и моменты, действующие в КШМ

Сила инерции поступательно движущихся масс

Сила инерции вращающихся масс

Эта сила приложена в центре шатунной шейки, постоянна по величине и направлению и направленна по радиусу кривошипа.

Сила давления газов в зависимости от угла поворота кривошипа имеет

различные значения

Суммарная сила, действующая в направлении оси цилиндра

угол наклона шатуна относительно оси цилиндра

Сила, действующая вдоль шатуна

Сила, перпендикулярная оси цилиндра, которая создает боковое давление на стенку цилиндра

Сила, действующая вдоль кривошипа

Сила, создающая крутящий момент

Крутящий момент одного цилиндра

построим графики

Скорость поршня

Перемещение поршня в зависимости угла поворота кривошипа

Скорость поршня в зависимости от поворота кривошипа

примерная максимальная скорость

средняя скорость поршня

ускорение поршня

максимальное значение ускорения

минимальное ускорение поршня

Построим графики