В расчете определяют величины давлений и температур рабочего тела в процессе сгорания в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Расчет выполняется с учетом угла опережения воспламенения и закономерности выгорания топлива.

1. Общая удельная использованная теплота сгорания:

2,4825 МДж/кг.

2. Максимальное значение химического коэффициента молекулярного изменения:

1,0664.

3. Максимальное значение действительного коэффициента молекулярного изменения:

1,0635.

4. Температура и давление процесса сгорания:

,

где V1 и V2 - удельные объемы в начале и конце участка, для первого участка V1 = Vу. Для последующих участков в качестве V1 принимаются значения V2 предшествующих участков;

Р1 - давление в начале участка, для первого участка Р1 = Ру. Для последующих участков принятие Р1 аналогично V1;

- фактор теплоемкости;

x1 и x2 - доля выгоревшего топлива в начале и конце участка. Для первого участка x1 =0. Определяются по уравнению выгорания И. И. Вибе:

где е = 2,718 - основание натурального логарифма;

ц2 - угол ПКВ, отсчитываемый от начала сгораня до конца участка; ц2 = б2 + и2. При воспламенении до ВМТ угол опережения воспламенения и положительная;

б2 - угол ПКВ от ВМТ до конца участка;

в1-2 - среднее значение действительного коэффициента молекулярного изменения, , в1 - значение в начале участка. Для первого участка в1 =0.

в2 - для конца участка,

5. Отвлеченная скорость сгорания:

6. Удельная работа газов процесса сгорания:

= 0,3121МДж/кг,

где n- число элементарных участков процесса сгорания.

Глава 4. Расчет процесса расширения

Параметры рабочего тела в процессе расширения определяются как в процессе сжатия по уравнениям политропного процесса.

1. Текущее давление:

где V - текущее значение удельного объема;

Vz, Pz - удельный объем и давление в конце сгорания.

у - кинематическая функция перемещения поршня.

2. Давление конца расширения:

3. Температура конца расширения:

где Тz - температура в конце сгорания.

4. Удельная работа политропного процесса расширения:

5 Определение индикаторных показателей цикла

1. Удельная работа цикла:

2. Среднее индикаторное давление цикла:

3. Индикаторный КПД:

4. Индикаторный удельный расход топлива:

6 Тепловой расчет

В данной работе тепловой расчет производился с помощью ЭВМ программой DVS разработанной на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания". Был выполнен тепловой расчет под заданные параметры, а также четыре тепловых расчета с регулируемым параметром. В качестве регулируемого, по согласованию с преподавателем, был выбран параметр цz - условная продолжительность сгорания. Расчет с регулируемым параметром был произведен для цz = 30, 40, 60, 70 градусов, с заданным цz = 50 градусов.

Результаты всех пяти тепловых расчетов представлены в приложении.

Динамический расчет.

Также как и тепловой динамический расчет выполнялся с помощью ЭВМ программой DIN разработанной на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания". Пять динамических расчетов были выполнены на основе тепловых расчетов.

Результаты расчетов представлены в приложении.

Масса поршневого комплекта: 0,767кг.

Масса шатуна: 0,75кг.

Глава 5. Внешняя скоростная характеристика

Внешняя характеристика определяется для интервала от минимальной частоты вращения вала nmin до номинальной nн. Шаг расчета n = 650 мин-1 выбран так, чтобы получилось 8 расчетных режимов по характеристике. Минимальную частоту вращения принимаем nmin = 850 мин-1.

Определение мощностных показателей

Среднее эффективное давление:

,

где: Pe max - максимальное значение среднего эффективного давления по внешней характеристике,

,

где: = 1,2 - коэффициент приспособляемости по моменту для карбюраторных двигателей,

- среднее эффективное давление на номинальном режиме работы двигателя,

= Рi - Pмн,

где, Рi - среднее индикаторное давление, Рi = 1,1487 МПа, (приложение)

Рмн - среднее давление механических потерь на номинальном режиме:

,

где: а, b - эмпирические коэффициенты, для 4х цилиндрового инжекторного двигателя а = 0,034, b = 0,0113,

Смн - средняя скорость поршня:

Смн = ,

Смн = = 13,5 ,

Рмн = 0,034 + 0,0113 · 13,5 = 0,18655 МПа,

Рен = 1,1487 - 0,18655 = 0,9620 МПа,

Ре мах = 0,9620 · 1,2 = 1,1544 МПа,

ар - постоянная величина,

,

nн = 5400 мин-1, nм = 0,6* nн=3240 мин-1 - частоты вращения для режимов номинальной мощности и максимального крутящего момента соответственно.

ар = 0,962 · = 4,1238 · 10-8.

Среднее индикаторное давление:

= Ре + Pм,

Эффективная мощность:

кВт;

Крутящий момент двигателя:

Нм.

8.2 Определение экономических показателей

Удельный эффективный расход топлива для карбюраторных двигателей:

,

где, gен - удельный расход топлива на номинальном режиме:

,

где, зе - эффективный КПД:

зе = зi · зм,

где, зi - индикаторный КПД, зi = 0,3792, (приложение)

зм - КПД механических потерь:

,

= 0,8376,

зе = 0,3792 · 0,8376 = 0,3176,

= 257,59 .

Часовой расход топлива:

.

Результаты определения показателей по внешней скоростной характеристике представляются в виде таблицы (таблица 1) и графиков Ne ,M , GT ,ge (лист 1 графической части).

Таблица 1 Определение показателей по внешней скоростной характеристике

Глава 6. Проверка мощности и расчет маховика

6.1 Проверка мощности

Индикаторный суммарный крутящий момент MУ двигателя определяется путем суммирования крутящих моментов от всех цилиндров.

Таблица 2 - Определение индикаторного крутящего момента

Средний эффективный крутящий момент:

= 183,6316*0,8376=153,8057 Н·м;

Эффективная мощность по данным динамического расчета:

= 86,9778 кВт;

Расхождение полученной мощности с заданной:

.

6.2. Расчет маховика

Расчет маховика на допустимую неравномерность вращения вала двигателя сводится к определению момента инерции и массы маховика.

Находим момент инерции движущихся масс двигателя, обеспечивающий заданную степень неравномерности хода д.

Для автомобильных двигателей д = 0,02;

;

где щ - угловая скорость вращения коленчатого вала, щ = 565,2 мин-1,

Lизб - работа избыточного крутящего момента:

где Fabc - площадь в миллиметрах в квадрате, эквивалентная работе Lизб, принимается максимальная величина площади над средним значением суммарного крутящего момента, Fabc = 512,5 мм2,

мм - масштаб крутящего момента, м = 50 ,

мб - масштаб угла поворота коленчатого вала, м = 0,0349 ,

= 893,4 Дж,

= 0,1398 кг·м2.

Момент инерции маховика составляет:

Jм = 0,85 · Jo,

Jм = 0,85 · 0,1398 = 0,1189 кг·м2.

Масса маховика:

mм = ,

где, Dср - средний диаметр маховика:

Dср = 3 · S

Dср = 3 · 0,075 = 0,225 м

mм = = 9,4 кг.

Глава 7. Определение нагрузок на шатунную шейку

Для определения удельных давлений на поверхность шатунной шейки построим диаграммы сил, действующих на эту шейку.

Равнодействующая сила на шатунную шейку:

,

где S - сила, действующая по оси шатуна, Т - тангенциальная сила, К - сила инерции вращающихся масс шатуна: Кrш = 0,75 · mш · r · щ2, Кrш = 0,75 · 0,767 · 0,0375 · 565,22 = 6891,16 Н. Полярную диаграмму сил, действующих на шатунную шейку, строим в координатах Т-К относительно неподвижного кривошипа по данным динамического расчета через каждые 300 поворота коленчатого вала. Для учета сил инерции вращающихся масс шатуна Кrш в точке Ош наносят полюс диаграммы путем отложения силы Кrш в том же масштабе вниз по оси К.

Из анализа диаграммы нагрузок на шатунную шейку в прямоугольных координатах видим что наибольшая сила действует при б = 3700.

Максимальное удельное давление на шатунную шейку:

qшш мах = ,

где dшш - диаметр шатунной шейки:

dшш = 0,56 · D,

dшш = 0,56 · 0,095 = 0,0532 м,

lшш - рабочая длина шатунной шейки:

lшш = 0,45 · dшш,

lшш = 0,45 · 0,0532 = 0,0239 м,

qшш мах = = 5436967,9 Па ? 5,4 МПа.

Глава 8. Тепловой баланс на номинальном режиме

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

Q0 = ,

Q0 = = 289544,44 .

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 секунду:

Qе = 1000 · Nе,

Qе = 1000 · 91,9999 = 91999,9 .

Теплота, передаваемая окружающей среде:

Qв = C · i · D1+2·m · nm · (),

где С - коэффициент пропорциональности, С = 0,53;

m - показатель степени, m = 0,68;

Qв = 0,53 · 4 · 0,951+2·0,68 · 54000,67 · () = 121666 .

Теплота, унесенная с отработавшими газами:

Qr = = 126844.

Неучтенные потери теплоты:

Qост = Q0 - (Qe + Qв + Qr) = 12042 .

Глава 9. Сравнение эффективных и индикаторных параметров вследствие изменения угла опережения зажигания\

1. Индикаторные показатели:

1.1 Удельная работа цикла растет с увеличением угла опережения зажигания вследствие уменьшения затрат энергии на процесс сжатия и более раннего начала роста давления в процессе сгорания, что приводит к росту полезной работы в этом процессе.

1.2 Среднее индикаторное давление цикла растет с увеличением угла опережения зажигания из-за более высоких значений давлений в цикле, которые возникают вследствие начала процесса сгорания раньше ВМТ, давление само по себе растет плюс уменьшение объема.

1.3 Индикаторный КПД цикла растет с увеличением угла опережения зажигания вследствие роста удельной работы цикла, находясь в прямой зависимости от нее.

1.4 Индикаторный удельный расход топлива падает с увеличением угла опережения зажигания вследствие роста индикаторного КПД, находясь в обратной зависимости от него.

2 Эффективные показатели:

2.1 Эффективный КПД растет с увеличением угла опережения зажигания вследствие роста индикаторного КПД, находясь в прямой зависимости от него.

2.2 Эффективный удельный расход топлива падает с увеличением угла опережения зажигания вследствие роста эффективного КПД, находясь в обратной зависимости от него.

2.3 Эффективная мощность растет с увеличением угла опережения зажигания вследствие роста эффективного давления, которое растет из-за увеличения среднего индикаторного давления.

2.4 Крутящий момент двигателя растет с увеличением угла опережения зажигания вследствие роста эффективной мощности, находясь в прямой зависимости от нее.

2.5 Давление конца процесса сгорания растет с увеличением угла опережения зажигания вследствие более больших значений давлений в данном процессе.

Список литературы

1. Вибе И.И. Теория двигателей внутреннего сгорания:Конспект лекций:Челябинск:ЧПИ, 1974. - 252 с.

2. Двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов/ Под ред. В.Н.Луканина - М; Высш. школа, 1985. - 312 с.

3. Лабораторные работы по теории рабочих процессов: Методические указания/ Под ред. М. Ф. Фарафонтова. - Челябинск: ЧПИ, 1988, - 76 с.

4. Фарафонтов М. Ф. Автомобильные двигатели: Учебное пособие для студентов-заочников. - Челябинск:ЧПИ,1990, - 58 с.