Тепловой и динамический расчет двигателя АЗЛК-412

Графики.dwg

ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА
СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВС
Бензиновый двигатель. Диаграмма теплового и динамического расчетов
mPr=mPj=mP=mK=mT=122 Hмм
Индикаторная диаграмма
Диаграмма изменения крутящего момнета
Скоростная характеристика ДВС

КУРСАЧ ДВС АЗЛК-412 (КИНЕМАТИКА).docx

Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский Национальный Технический Университет
Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»
Тепловой и динамический расчет двигателя”
по дисциплине “Основы теории двигателей”
Исходные данные для теплового расчета:
Ne – эффективная мощность кВт;
n – частота вращения коленчатого вала двигателя обмин;
D – диаметр цилиндра м;
α – коэффициент избытка воздуха;
Тепловой расчет и четырехтактных двигателей
1 Процесс наполнения
В результате данного процесса цилиндр двигателя наполняется свежим зарядом. Давление и температура окружающей среды принимаются:
p0 = 010 МПа (103кгсм²)
Т0=298 К для автомобильных двигателей.
Давление остаточных газов в зависимости от типа двигателя pr = (105 125) исходя из этого принимаем pr=011 МПа.
Температура остаточных газов выбирается в зависимости от типа двигателя с учетом того что для бензиновых двигателей она изменяется в пределах Тr = 900 1100 К исходя из этого принимаем
В зависимости от типа двигателя температура подогрева свежего заряда
Давление в конце впуска
Величина потери давления на впуске Рa для бензиновых двигателей Рa = =(006 020)Р0=018 тогда
Рa= Р0-Рa.=0100018=0082 МПа
Коэффициент остаточных газов:
Величина коэффициента остаточных газов γr изменяется в пределах: для бензиновых двс γr =006 012.
Температура в конце впуска:
В современных двигателях температура в конце впуска бывает: для бензиновых Ta=(320 360).
Коэффициент наполнения:
Величина коэффициента наполнения для бензиновых двигателей изменяется в пределах: v=070 085.
Давление в конце сжатия:
Температура в конце сжатия:
В этих формулах n1 – показатель политропы сжатия который для автотракторных двигателей находится в пределах n1 = 134 142. Принимаем n1 = 134 тогда
Для автотракторных двигателей давление и температура в конце сжатия изменяется в пределах :
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг жидкого топлива:
qс; qo – средний элементарный состав топлива в долях кг соответственно углерода водорода и кислорода. Для бензинового топлива принимают: qc = 085; qh= 015; qo= 0;
Количество кмолей свежего заряда для бензиновых двигателей:
где =088 – коэффициент избытка воздуха;
mt – молекулярная масса топлива для бензиновых двигателей mt=110 120 кгкмоль
Количество продуктов сгорания при работе двигателей на жидком топливе при 1
Теоретический коэффициент молекулярного изменения:
Действительный коэффициент молекулярного изменения
Величина для бензиновых двигателей изменяется в пределах =102 112.
Низшую теплоту сгорания дизельного топлива принимаем:
Для двигателей работающих с α1 подсчитывается потеря тепла вследствие неполноты сгорания топлива:
Средняя мольная теплоемкость свежего заряда определяется по формуле:
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания для бензиновых двигателей определяется по формуле:
Значение коэффициента использования теплоты для бензиновых двигателей при работе на нормальном режиме =085 095:
Максимальная температура сгорания подсчитывается по уравнению:
Примем коэффициент использования тепла = 085. Решая совместно два последних уравнения находим TZ
Величина теоретического максимального давления цикла:
Степень повышения давления для бензиновых двигателей
Действительное давление цикла:
4.Процесс расширения
Степень предварительного расширения для бензиновых двигателей .
Степень последующего расширения для бензиновых двигателей
Температура в конце расширения:
средний показатель политропы для бензиновых двигателей;
Давление в конце расширения:
Примерные значения Pb и Tb для автотракторных двигателей следующие:
Параметрами процесса выпуска (Рr и Тr) задаются в начале расчета процесса впуска. Правильность предварительного выбора величин Рr и Тr проверяется по формуле проф. Е. К. Мазинга:
Погрешность вычислений составляет:
Т.к. погрешность вычислений не превышает 10% то величина Тr выбрана правильно.
6.Индикаторные показатели
Среднее индикаторное давление теоретического цикла для бензиновых двигателей подсчитывается по формуле:
Среднее индикаторное давление действительного цикла:
где п – коэффициент полноты диаграммы который принимается для двигателей с искровым зажиганием п = 094 097
Величина Рi для бензиновых двигателей изменяется в следующих пределах Рi=08 118 МПа
Индикаторный КПД для бензиновых двигателей подсчитывается по формуле:
Удельный индикаторный расход топлива определяется по уравнению:
Величина индикаторного КПД для автотракторных бензиновых двигателей
7.Эффективные показатели
Механический КПД бензинового двигателя м =070 085;
Тогда среднее эффективное давление:
Удельный эффективный расход топлива:
Для существующих бензиновых двигателей эффективные показатели могут иметь следующие величины (табл. 4);
8. Основные показатели и размеры цилиндра двигателя
По эффективной мощности частоте вращения коленчатого вала и среднему эффективному давлению определяем литраж двигателя:
= 4 для четырехтактных двигателей
Рабочий объем одного цилиндра:
где i – число цилиндров двигателя.
Полученные теоретические значения D и S округляем до ближайшего четного или пяти. По окончательно принятым значениям D=0086 м и S=0082 м определяем основные параметры и показатели двигателя:
Эффективную мощность:
Эффективный крутящий момент:
Часовой расход жидкого топлива:
Среднюю скорость поршня:
Определим погрешность вычисления Ne:
Литровая мощность определяется по формуле:
Величина литровой мощности для автотракторных бензиновых двигателей колеблется в пределах:

Динамика.docx

3 Динамический расчет
1 Порядок выполнения расчета для поршневого двигателя
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма выполняется с целью определения суммарных сил и моментов возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ.
В течение каждого рабочего цикла силы действующие в кривошипно-шатунном механизме непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 30 град ПКВ. В отдельных случаях через 10 град ПКВ.
Последовательность выполнения расчета следующая:
Строим индикаторную диаграмму в координатах .
Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала отстоящих друг от друга на 30° ПКВ в пределах (0 720)° ПКВ.
За начало отсчета принимаем такое положение кривошипа когда поршень находится в начале такта впуска.
Сила давления газов на днище поршня определяется по формуле
Результаты расчета заносятся в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 – Результаты расчета
Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс
Масса поступательно движущихся частей КШМ определяется из выражения:
где - доля массы шатуна отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам. . Принимаем .
При известной величине хода поршня S радиус кривошипа
Находим суммарную силу действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс
Результаты определения а также и заносятся в таблицу 1.
Определяем нормальную силу К направленную по радиусу кривошипа (см. рисунок 1)
Рисунок 1 – Схема определения нормальной и тангенсальной сил
Определяем тангенциальную силу Т направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. рисунок 1)
Результаты определения К и Т заносим в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 – Результаты расчетов K T
2 Построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.
В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок соответствующий рабочему объему цилиндра а по величине равный ходу поршня в масштабе который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1 1.5:1 или 2:1. Принимаем 15:1.
Отрезок соответствующий объему камеры сгорания определяется из соотношения
При построении диаграммы выбираем масштаб давления.
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках .
Построение политропы сжатии и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия ;
а) политропа расширения ;
Результаты расчетов приводим в таблице:
Таблица 3.2 – Результаты расчетов
Политропа расширения
3 Развертка индикаторной диаграммы в координатах
Развертку индикаторной диаграммы в координаты выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делится на 24 равных участка которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0 30 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф. А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.
Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра на 6 равных частей а затем из центра Брикса (точка ) проводим линии параллельные вспомогательным лучам до пересечения с полуокружностью.
Вновь полученные точки на полуокружности соответствует определенным углам ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы начинаем принимая за начало координат положение поршня в в.м.т. в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в таблицу 1. Модуль газовой силы также заносим в таблицу 1. По данным этой таблицы строим зависимость .
Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.
4 Построение диаграмм сил
График силы инерции строим в том же масштабе и на той же координатной сетке где выстроен график газовой силы . На основании полученных графиков и на той же координатной сетке и в том же масштабе строим график суммарной силы .
Определение модуля силы для различных значений угла выполняем путем суммирования в каждой точке ординат графиков и с учетом их знаков или модулей сил и из таблицы 1.
Координатную сетку для графика сил и размещаем под координатной сеткой сил . График сил и строим в том же масштабе что и предыдущий график.
Принимаем масштабные коэффициенты:
5 Построение диаграммы суммарного крутящего момента
Для построения кривой суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя необходимо графически просуммировать кривые крутящих моментов от каждого цилиндра сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками.
Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически повторяться.
Для четырехтактного двигателя через
а то кривая будет отличаться от кривой лишь масштабом.
Масштаб крутящего момента
Средний крутящий момент определяется по площади лежащей под кривой графика суммарного :
где и - соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного мм2;
при отрицательная площадь в большинстве случаев отсутствует;
- длина интервала между вспышками по диаграмме крутящего момента мм.
Найденный момент представляет собой средний индикаторный момент двигателя.
Эффективный крутящий момент двигателя
Значение см. в разделе 2.7. Значение эффективного крутящего момента полученное по данной формуле должно совпадать с величиной вычисленной ранее.
Относительная погрешность вычислений не должна превышать .
Данные для построения диаграммы крутящих моментов представлены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Результаты расчета моментов
РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
Для расчета и построения внешней скоростной характеристики двигателя (мощности Ne и эффективного удельного расхода топлива ge) воспользуемся следующими приближенными формулами:
Nma с1 с5—постоянные коэффициенты (табл. 4).
Значения коэффициентов сi для расчета характеристики двигателя.
Таблица 3.4- Значения коэффициентов
Значения Nmax и nNmax берутся из ранее произведенных расчетов:
Значение максимальных оборотов холостого хода рассчитываем по формуле:
для автотракторных двигателей принимаем =6% тогда
где Ne n—заданные (или определенные по тяговому расчету машины) номинальная эффективная мощность двигателя и соответствующая ей частота ращения коленчатого вала.
Текущее значение крутящего момента Mex (Н*м) и часового расхода топлива Gтx (кгч) необходимое для построения соответствующих графиков рассчитывается с использованием зависимостей:
Данные для построения графиков внешней скоростной характеристики представлены в таблице 3.5.
Таблица 3.5 – Результаты расчета Ne Me ge GT
В результате выполнения курсовой работы был произведен тепловой и динамический расчет двигателя АЗЛК-412 с применением аналитических методов и ЭВМ.
При выполнении теплового расчета были определены параметры рабочего тела в цилиндре двигателя а также оценочные показатели процесса позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.
При выполнении динамического расчета были определены силы действующие на кривошипно-шатунный механизм произведен расчет и построены диаграммы суммарного крутящего момента и внешней скоростной характеристики двигателя.
Вершина Г.А. Якубенко Г.Я. Методическое пособие по курсам «Теория рабочих процессов ДВС» и «Динамика ДВС» для студентов специальности Т.05.10.00. - Мн.: Техноперспектива 2001. -87 с.
Колчин А. И. Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов – 4-е издание – М.: Высшая школа 2008. -496 с.
Автомобильные двигатели. Под ред. д-ра техн. наук Ховаха М. С. - М.: Машиностроение 1977. -592с.
Фейгин З. И. Гнатюк-Данильчук Р. П. Справочник автолюбителя.-Мн. 1989. -255 с.
Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания .. 4
Тепловой расчет и определение основных размеров двигаля ..5
1 Процесс наполнения . .. .. 5
2 Процесс сжатия . .. ..6
3 Процесс сгорания . 6
4 Процесс расширения .. 8
5 Процесс выпуска .. 9
6 Индикаторные показатели .9
7 Эффективные показатели . ..10
8 Размеры двигателя 10
9 Сводная таблица результатов теплового расчетa .. .12
10 Анализ полученных результатов ..12
Динамический расчет .. ..13
1 Порядок выполнения расчета для поршневого двигателя 13
2 Построение индикаторной диаграммы .. .17
3 Развертка индикаторной диаграммы в координатах 19
4 Построение диаграмм сил . . 19
5 Построение диаграммы суммарного крутящего момента .20
Расчет и построение внешней скоростной характеристики 22
Газораспределительный механизм АЗЛК - 412 . .24