Двигатели внутреннего сгорания (5)

метки: Двигатель, Сгорание, Внутренний, Поршневой, Параметр, Поршень, Вращение, Механизм

Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС

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

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. Гидравлическое сопротивление впускного трубопровода повышает давление воздуха в конце такта впуска до 0,08 МПа. Температура воздуха в цилиндре составляет 50–80° С.

Процесс сжатия

Второй такт – сжатие смеси.

Во время такта сжатия (рисунок 1, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура, и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия (е=7,8) давление и температура воздуха достигают значений 3,419МПа и 600 °С соответственно. В конце такта в цилиндр через форсунку 4 (рисунок, 1, в) впрыскивается топливо. В зависимости от формы камеры сгорания и типа форсунки давление впрыска находится в пределах 8…40 МПа.

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 1600 °С, а давление до 7,864МПа. В конце такта расширения температура снижается до 700…1000 ⁰ С, а давление до 0,677МПа. Под давлением газов, образующихся в результате сгорания топливовоздушной смеси, поршень перемещается от В.М.Т. к Н.М.Т., совершая механическую работу (рисунок 1, в).

Процесс выпуска

Четвертый такт – выпуск отработавших газов.

Продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу (рисунок 1, г).

Температура выпуска равна 600…700 °С, а давление газов – 0,125МПа.

2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС

Объем камеры сгорания:

Двигатели внутреннего сгорания (4)

... Процесс сжатия Второй такт - сжатие смеси. Во время такта сжатия (рисунок 1, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура, и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия ... где - коэффициент избытка воздуха ( = 0,9) = 14.96 (для бензиновых двигателей) низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг. = 44 плотность топливо - воздушной смеси, кг/м 3 . ...

V _c = 1 (в условных единицах).

(1)

Полный объем:

V _a = e × V_c , (2)

где e – степень сжатия;

V _a = 8×1 = 8.

Показатель политропы сжатия:

n ₁ =1,41 – 100/n_{e ,} (3)

где n _e – номинальная частота вращения коленвала, об./мин;

n ₁ = 1,41 – 100/4500 = 1,39

Давление в конце такта сжатия, МПа:

p _c = p_a × e ^{n 1,} (4)

где p _a – давление при впуске, МПа;

p _c = 0,09×8 ^1,39 = 1,62 МПа

Промежуточные точки политропы сжатия (табл. 1):

p _x = (V_a / V_x ) ^{n 1} × p_a , (5)

При p_x = (8 / 1) ^1,39 × 0,09=1,62 МПа

Таблица 1. Значения политропы сжатия

V x	2	3	4	5	6	7	8
p x , МПа	0,62	0,35	0,24	0,17	0,13	0,11	0,09

Давление в конце такта сгорания, МПа:

p _z = l × p_c , (6)

где l –степень повышения давления;

p _z = 3,8 × 1,62 = 6,16 МПа

Показатель политропы расширения:

n ₂ =1,22 – 130/n_e , (7)

n ₂ = 1,22 – 130/4500 = 1,19

Давление в конце такта расширения:

p _b = p_z / e ^{n 2} _, (8)

p _b = 6,16/8^1,19 = 0,52 МПа

Промежуточные точки политропы расширения (табл. 2):

p _x = (V_b / V_x ) ^{n 2} × p_b . (9)

При

p

_x

= (8 / 1)

^1,19

× 0,52= 6,16 МПа

Таблица 2. Значения политропы расширения

V x	2	3	4	5	6	7	8
p x , МПа	2,71	1,67	1,19	0,91	0,73	0,61	0,52

Среднее теоретическое индикаторное давление, МПа:

, (10)

МПа.

Среднее давление механических потерь, МПа:

, (11)

где – средняя скорость поршня в цикле. Предварительно =.

МПа

Действительное индикаторное давление, МПа, с учетом коэффициента скругления диаграммы n=0,95:

, (12)

где – давление выхлопных газов, МПа.

МПа

Среднее эффективное давление цикла:

, (13)

МПа

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

3. Расчет и построение внешней характеристики ДВС

Мощность P _{e ,} кВт_:

, (14)

n _ei – текущие (принимаемые) значения частоты вращения коленчатого вала;

n _p – номинальная частота вращения.

Вращающий момент, Н∙м:

, (15)

Удельный расход, гр/кВт∙ч:

(16)

Массовый расход, кг∙ч:

(17)

Полученные расчетом значения сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Зависимость мощности P _e , вращающего момента Т_е , удельного расхода g_e и массового расхода G_e от частоты вращения коленвала n_e .

Параметр	Отношение n ei / np
	0,16	0,22	0,44	0,66	0,88	1	1,11
n e (об/мин)	700	1000	2000	3000	4000	4500	5000
P e , кВт	13,6	19,33	41,1	60,6	73	75	73,1
T e , H×м	185,5	186,6	196,2	192,9	174,3	159,2	139,6
g e , гр/кВт∙ч	284,4	248	222,8	216,3	228,8	243,5	261,9
G e , гр∙ч	3868	4794	9157	13108	16702	18263	19145

Графическая зависимость мощности P _e , вращающего момента Т_е , удельного расхода g_e и массового расхода G_e от частоты вращения коленвала n_e отображена на рисунке 4.

4. Построение диаграммы фаз газораспределения

Радиус кривошипа коленвала, м:

r = S / 2, (18)

r = 0,083/2 = 0,0415 м

4.2 Отрезок ОО ₁ (см. диаграмму фаз газораспределения, рис. 3):

, (19)

где r – радиус кривошипа в масштабе индикаторной диаграммы (r=55 мм)

g – коэффициент;

, (20)

l _ш – длина шатуна, м;

• r – радиус кривошипа (r = 0,0415 м).

  Принимаем:

l _ш = 4r; (21)

Отсюда,

мм, (22)

Угол впрыска:

Полученные расчетом данные используем для построения диаграммы фаз газораспределения (рисунок 3) и ее связи с индикаторной диаграммой (рисунок 2).

5. Проектирование кривошипно-шатунного механизма

Рабочий объем цилиндра, л:

, (23)

где t – тактность двигателя (t = 4);

P _е – заданная мощность двигателя, кВт;

i – заданное число цилиндров,

5.2 Рабочий объем, м ³ :

, (24)

где D – диаметр поршня, м:

, (25)

S – неизвестный ход поршня, м.

Зная отношение S/D=0,9, определим:

м;

Принимаем 92 мм. Тогда мм.

5.3 Средняя скорость поршня, м/с:

, (26)

м/с < 13 м/с = []

Здесь [ ] – максимальная допускаемая скорость поршня.

Таблица 4. Параметры бензинового ДВС

Похожие рефераты:

• Показатели эффективной работы и определение основных параметров впуска, сжатия и процессов сгорания в двигателе. Составление уравнения теплового баланса и построение индикаторной диаграммы. Динамическое исследование кривошипно-шатунного механизма.

• Изучение сущности рабочего цикла. Характеристика чередования тактов в двигателях ЗИЛ-130 и ЗМЗ-24. Описание устройства блока цилиндров двигателя КамАЗ и механизмов уплотнения гильз цилиндров от утечки жидкостей и газов. Устройство термостата ЗиЛ-130.

• Применение на автомобилях и тракторах в качестве источника механической энергии двигателей внутреннего сгорания. Тепловой расчёт двигателя как ступень в процессе проектирования и создания двигателя. Выполнение расчета для прототипа двигателя марки MAN.

• Классификация автомобилей6 легковые, грузовые, автобусы. Автомобиль и его основные части: двигатель, шасси, кузов с кабиной. Ходовая часть автомобиля и ее элементы. Карбюраторный четырехтактный двигатель и дизельные двигатели и их рабочий процесс.

• Краткое описание и характеристика процессов, составляющих цикл карбюраторного двигателя. Расчет параметров процесса сгорания и сжатия, происходящих при работе ДВС. Расчет теплообменной поверхности радиатора, определение критериев Нуссельта и Рейнольдса.

• Двигатель автомобиля как совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего топлива в механическую. Классификация применяемых на автомобилях двигателей. Основные определения и параметры. Порядок работы и характеристики двигателя.

• Выбор расчетных режимов автомобильного двигателя. Топливо. Параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Процесс пуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла. Эффективность параметров двигателя.

• Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Причины выхода из строя выпускных клапанов. Прогрессивные технологические решения для увеличения срока службы выпускных клапанов. Сравнительная характеристика методов восстановления клапанов.

• Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. История создания и развитие ДВС, строение и разновидности, принцип работы двигателей.

• Определение режимов для проведения теплового расчета двигателя. Выявление параметров рабочего тела, необходимого количества горючей смеси. Рассмотрение процессов: пуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Выполненно построение индикаторных диаграмм.

• Модернизация двигателя МеМЗ-245 с целью улучшения его технико-экономических показателей. Карбюраторный, четырехтактный двигатель как прототип модернизируемого двигателя. Цель и метод выполнения теплового расчета двигателя. Выбор и обоснование параметров.

• Определение тягового диапазона и массы трактора. Расчет номинальной мощности двигателя. Процесс сгорания как основной в рабочем цикле. Показатели, характеризующие работу ДВС. Определение усилий, действующих на поршневой палец вдоль оси цилиндра.

• Тепловой расчет двигателя. Параметры рабочего тела. Процесс сжатия и сгорания. Величина отрезка, соответствующего рабочему объему цилиндра. Определение величины отрезка, соответствующего степени предварительного расширения. Удельный расход топлива.

• Выбор топлива, определение его теплоты сгорания. Определение размеров цилиндра и параметров двигателя, построение индикаторной диаграммы. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.

• Тепловой, динамический расчёт двигателя. Параметры рабочего тела, отработавших газов. Расчёт первого, второго такта, участка подвода тепла. Индикаторные параметры рабочего цикла. Эффективные параметры рабочего цикла. Построение индикаторных диаграмм.

• Тепловой расчет двигателя. Выбор топлива, определение его теплоты сгорания. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя. Расчет сил давления газов и расчет сил инерции.

• Выбор исходных данных к расчету энергетической установки: параметров окружающей среды, физико-химической характеристики топлива. Тепловой расчет параметров и показателей рабочего цикла двигателя. Расчет параметров кривошипно-шатунного механизма.

• Теория и методика решения задачи Задача сформулирована в прямой постановке, когда известны основные данные двигателя (диаметр цилиндра, ход поршня, степень сжатия, тип камеры сгорания), а также вид топлива и требуется определить показатели его эффективности и экономичности. На основе разработанной …

• Двигатель внутреннего сгорания. Простейшая принципиальная схема привода автомобиля. Кинематический и динамический анализ кривошипно-шатунного механизма. Силовой расчет трансмиссии автомобиля. Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.

• Расчет электровозной откатки, вибротранспортной установки и ленточного конвейера. Электромеханическая характеристика электродвигателя электровоза. Расчет тягового усилия конвейера методом обхода контура по точкам. Расход электровозом энергии за рейс.

Параметр бензинового ДВС	Значение параметра
d = D