Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1302 вуза, 5133 предмета.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Пензенский Государственный Университет Архитектуры и Строительства
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

1405

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
16.06.2024
Размер:
1.7 Mб
Скачать
☆

Hu 119600

L0 (1 ) , кДж/кг;

(4.44)

Hu – низшая теплота сгорания

жидкого топлива –

определяется по

формуле:

 

 

Hu = 339 С+1040 Н – 109 (О – S), кДж/кг;

(4.45)

– для бензиновых двигателей с впрыском топлива и дизелей при 1 используют уравнение:

(C

8,32 ) T

Hu

C

p

 

T ,

(4.46)

 

 

v

c

1 (1 )

 

Z

z

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где – степень повышения давления, определяемая по формуле (4.49). После определяется температура Тz и давление в конце процесса

сгорания, которое равно:

– для карбюраторных двигателей

P

P Tz

, МПа;

(4.47)

z

c T

 

 

 

c

 

 

– для двигателей с впрыском топлива

 

 

Pz

Pc , МП.

(4.48)

Степень повышения давления для карбюраторных двигателей определяется по формуле

 

Pz

.

(4.49)

 

 

P

 

 

c

 

4.4.2.3. Параметры процесса расширения рабочего тела (такт «рабочий ход»)

Такт «рабочий ход» (процесс расширения газов) характеризуется следующими параметрами:

–давление в конце процесса расширения, Рb, МПа;

–температура в конце процесса расширения, Тb, К;

–показатель политропы расширения, n2.

Объем предварительного расширения для дизелей определяется как

V V

Vh ,

(4.50)

z

c

1

1

 

 

 

 

 

 

где Vh – рабочий объем цилиндра двигателя (при выполнении проектировочных расчетов рабочий объем двигателя можно принять, как у двигателя прототипа), л.

91

Давление и температура в конце расширения равны:

– для карбюраторных двигателей

P

 

Pz

, МПа;

(4.51)

 

 

 

в

 

n2

 

 

T

 

 

Tz

, К;

(4.52)

 

n2 1

в

 

 

 

 

– для двигателей с впрыском топлива

 

 

 

 

P

Pz

,

 

(4.53)

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

Tz

 

,

(4.54)

 

 

 

 

 

n2 1

 

 

 

 

в

 

 

 

 

где

 

–

степень последующего расширения;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2 –

показатель политропы

расширения, определяемый

по фор-

 

 

 

мулам, полученным профессором Салминым В.В.:

 

– для карбюраторных ДВС:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

1,23 100 ;

(4.55)

 

 

 

2

 

 

 

 

 

ne

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– для дизелей и бензиновых впрысковых ДВС:

 

 

 

 

n

 

1,14 100 .

(4.56)

 

 

 

2

 

 

 

 

 

ne

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.2.4. Определение основных показателей, характеризующих работу реального двигателя

К основным показателям реального двигателя относятся: индикаторное давление; эффективное давление; давление механических потерь; индикаторный, эффективный и механические КПД; часовой, удельный индикаторный и эффективный расход топлива.

Среднее индикаторное давление по нескругленной (теоретической) диаграмме определяется (в МПа) из зависимостей:

– для карбюраторных двигателей

P'

Pc

 

 

 

1

1

 

 

1

 

1

1

 

;

(4.57)

 

 

 

 

n

1

 

 

 

n

1

 

i

1

 

 

 

 

n1 1

 

 

 

 

n2 1

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

92

– для дизелей и бензиновых ДВС с впрыском топлива

P'

Pc

 

1

 

1

1

 

 

1

 

1

1

.

(4.58)

 

 

 

n 1

 

 

 

n 1

i

1

 

n2 1

 

 

n1 1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

Среднее индикаторное давление действительного цикла:

P

P' (P

P ) .

(4.59)

i

i

r

a

 

Средним эффективным давлением называется такое условное давление, которое снимается с коленчатого вала двигателя. Среднее эффективное давление:

Pe Pi Pм ,

(4.60)

где Pм – условное давление механических потерь, учитывающее потери энергии на трение в узлах двигателя, насосные потери в тактах

«впуска» и «выпуска», а также потери на привод вспомогательных механизмов двигателя (генератора, масляного насоса, водяного насоса и пр.), ориентировочно определяемое из зависимостей, предложенных профессором Салминым В.В., МПа:

– для карбюраторных ДВС:

 

P 0,185 7,7 10 6 n

 

,

(4.61)

 

м

e(max)

 

 

– для бензиновых ДВС с впрыском топлива

 

 

 

 

P 0,066 5,1 10 6 n

 

,

(4.62)

 

м

e(max)

 

 

– для дизелей

 

 

 

 

 

P 0,095 1,6 10 6

n

,

 

(4.63)

 

м

eн

 

 

 

– для дизелей с наддувом

 

 

 

 

 

P 0,085 1,4 10 6

n

,

 

(4.64)

 

м

eн

 

 

 

где nе(max), nен –

соответственно максимальная

(номинальная)

частота

 

вращения коленчатого вала двигателя, мин-1.

 

Определив

значение условного давления

механических потерь и

среднее эффективное давление, развиваемое двигателем при максимальной (номинальной) мощности, зная величину среднего индикаторного давления, находим механический КПД двигателя по формуле:

 

 

Pе

.

(4.65)

 

м

 

P

 

 

 

i

 

93

Индикаторный коэффициент полезного действия:

 

 

 

 

0 Pi

,

(4.66)

 

 

 

 

 

 

 

i

Hu v 0

 

 

 

 

 

 

где 0

P0

, кг/м3 –

плотность воздуха при температуре и давлении

 

 

287 T0

окружающей среды.

 

Эффективный коэффициент полезного действия

 

 

 

 

e i м,

(4.67)

Эффективный удельный ge и часовой GT расход топлива определяется

по формулам:

 

 

 

 

 

 

 

ge

 

3600

, г/(кВт ч);

(4.68)

 

 

 

 

Hu e

 

G

 

 

ge Ne

, кг/ч.

(4.69)

 

 

 

T

1000

 

 

 

 

 

 

 

4.4.2.5. Определение основных конструктивных параметров двигателя

Объем одного цилиндра двигателя находят по формуле:

 

V 30 Ne , л,

(4.70)

h

Pe i ne

 

 

 

где –

тактность двигателя;

 

Ne –

эффективная мощность ДВС, кВт, которая определяется по

 

формуле

 

 

Ne = Ni·ηм.

(4.71)

i – число цилиндров двигателя;

ne – максимальная (номинальная) частота вращения коленчатого вала

двигателя, мин-1.

Рассчитав рабочий объем цилиндра двигателя, переходят к определению ориентировочного диаметра цилиндра двигателя по формуле

D 0,1 3

4 Vh

, м,

(4.72)

 

 

k

 

где k DS – коэффициент, принимаемый в диапазоне от 0,8 до 1,4.

После определения ориентировочного диаметра поршня с целью унификации деталей двигателей диаметр цилиндра рекомендуется округлять с учетом существующих значений подобного рода двигателя выпускаемых в

94

нашей стране до ближайшего размера из стандартного ряда диаметров, а

именно, 60, 72, 76, 82, 86, 92, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 145, 160 мм и т.д.

После округления диаметра может измениться значение коэффициента k и величина рабочего объема цилиндра двигателя.

Расчет хода поршня производят по формуле:

S

4 Vh

10 3 , м.

(4.73)

D2

 

 

 

Объем камеры сгорания в литрах определяется по формуле [4]:

V

 

Vh

 

.

(4.74)

1

C

 

 

 

Полный объем цилиндра в литрах будет равен:

 

Vа Vh VC .

(4.75)

Радиус кривошипа r и длина шатуна l двигателя определяются по формулам:

r

 

S

;

(4.76)

2

 

 

 

l

r

 

,

(4.77)

 

 

 

 

где r 0,22...0,31 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

lпринимается по прототипу двигателя или из указанного диапазона.

4.5. Тепловой баланс реального двигателя

Для дальнейшего расчета и проектирования ряда систем двигателя и в частности системы смазки, системы охлаждения, системы питания и пр. производят расчет теплового баланса ДВС.

Распределение тепла QT , выделяемого при сгорании топлива в двигателе, происходит на следующие составляющие:

 

 

QT Qe QГ Qохл Qн.с Qост Qм ,

(4.78)

где Q

GT Hu

, кДж/с;

 

 

 

T

3600

 

 

 

 

 

Qe Ne – тепло, превращенное в эффективную мощность, кДж/с;

 

 

 

QГ 0,00216 GТ 1 0,9 Tr T0 ,

(4.79)

95

Q

GT

(

2

C

P

T '

C

p

T )

– тепло, теряемое двигателем с отра-

 

Г

3600

 

 

r 1

 

0

 

 

 

 

 

Г

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ботавшими газами, кДж/с, в котором средние молекулярные теплоемкости продуктов сгорания СрГ и свежего заряда при постоянном давлении Ср0 определяются следующим образом:

при

1 (карбюраторные двигатели):

 

 

 

 

C

p

8,32 C

 

8,32 (18,43 2,60 ) (15,5 13,8 ) 10 4T ' ; (4.80)

 

 

 

v

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

1 (дизель или бензиновый с впрыском топлива):

C

p

8,32

C

 

8,32

 

 

20,11 0,92

 

 

13,83 15,5

 

10 4T ' , (4.81)

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

Г

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Тr – температура газов в выхлопной трубе, равная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T '

(0,9...0,92) T , К.

 

(4.82)

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

r

 

 

 

Средняя молекулярная теплоемкость свежего заряда при постоянном

давлении:

 

 

 

 

 

 

8,32 (20,76 1,74 10 3 ) T

' ,

 

 

 

C

p

8,32 C

v

(4.83)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

где Qн.с – тепло, потерянное в результате неполноты сгорания топлива (определяется только для бензиновых двигателей, работающих при 1):

Q

Hu GT

GT

61500 (1 ) , кДж/с.

(4.84)

 

н.с

3600

3600

 

 

 

 

 

Тепло, отведенное в систему охлаждения двигателя:

 

Qохл QT (Qe Qг QH Qост) , кДж/с,

(4.85)

где Qост– тепло неучтенных тепловых потерь, кДж/с, принимаемое

 

 

Qост (0,05...0,07) QT ,

(4.86)

а тепло, отводимое моторным маслом от трущихся деталей, кДж/с, определяется как

Qм (0,03...0,05) QT .

(4.87)

Далее, для удобства анализа, все составляющие теплового баланса выражаются в процентах, при этом все входящие в состав уравнения теплового баланса составляющие в сумме должны давать 100 %, а величина этих составляющих в % рассчитывается по формулам:

g

T

100% ,

g

e

 

Qe 100%, g

Г

 

QГ

100%,

 

 

 

 

 

Q

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

T

 

 

 

 

gохл

Qохл 100%,

gi

 

Qi

100% .

(4.88)

 

 

QT

 

 

 

QT

 

 

 

 

 

 

96

4.6. Построение индикаторной диаграммы реального ДВС

Индикаторную диаграмму реального двигателя строят следующим образом. Проводят координатные оси Р,V и отмечаем их пересечение буквой О (рис. 4.14, 4.15). Давление газов откладывается по линии ординат, масштаб которого выбирается в пределах 0,2–0,3 МПа в 1 см.

Рис. 4.14. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя и совмещенные с ней графические зависимости: хода прошня от угла поворота коленчатого вала двигателя S f ( ) ; скорости поршня в зависимости от его хода СПi f (S) ; ускорения поршня в зависимости от хода

97

Рис. 4.15. Индикаторная диаграмма дизельного и бензинового с впрыском топлива двигателя

Условно принимают для дизельных двигателей объем камеры сгорания Vс =1 см, а для карбюраторных двигателей Vс =2 см. Тогда полный объем цилиндра для дизеля будет равен Va Vc см, а для карбюраторных

двигателей Va Vc 2 см. Откладываем по оси абсцисс отрезки:

Vc =ОД=1 см – для дизеля;

Vc =ОД=2 см;

Va OC см – для дизеля;

Va OC 2 см – для бензинового двигателя.

При этом масштаб по оси абсцисс будет:

– для дизеля V D24 S , м3/см;

– для бензиновых двигателей V D24 S , м3/см. 2

Проводят атмосферную линию 1–1 с ординатой Ро=0,1 МПа =const. Затем через точки Д и С проводят вертикали, на которых откладывают

от оси абсцисс в принятом масштабе значения давлений в характерных точках цикла:

 

 

 

;

 

 

 

;

 

 

 

;

 

 

 

;

 

 

 

;

P' 0,85 P ;

P' 1,3 P .

P

Дr

P

Дс

P

Дz

P

Сa

P

Св

r

с

z

a

в

z

z

c

c

98

Соединяют тонкими прямыми линиями точки c и z, z и z , a и в. Из точки r и a проводят прямые ad и re, параллельные оси абсцисс. Для дизельного двигателя (рис. 4.15) из точки z проводят горизонталь, на которой откладывают значение объема предварительного расширения газа

Vz Vc .

Для построения линий давления сжатия ac и расширения zв используют уравнения политропы сжатия Px Vxn1 Pc Vcn1 и политропы

расширения P V n2

P

V n2

,

в которых Px и Vx – параметры производных

x

x

z

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точек (текущие координаты) – определяются из выражений:

 

– для линиисжатия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

P V n1

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

c

 

 

c

 

,

 

 

(4.89)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

Vxn1

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VVx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

– для линии расширения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P V n2

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

P

 

z

z

 

 

 

 

z

,

(4.90)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

V n2

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

VVx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

Для дизельного и бензинового двигателя с впрыском топлива Vz Vc , поэтому линия расширения определится из следующей формулы:

 

P ( V )n2

 

P n2

 

 

P

 

z

c

 

 

z

 

.

(4.91)

 

 

 

 

 

 

x

 

Vxn2

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VVx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

Придавая отношению Vx Vc

 

последовательно числовые значения 1, 2,

3, 4... , получим соответствующие значения давлений для объемов 1Vc ,

2Vc , 3Vc , 4Vc , …Va Vc .

Откладывают по оси абсцисс (0 – V) объемы, кратные Vc 1Vc , 2Vc , 3Vc , 4Vc , … Vc и восстанавливают перпендикуляры в полученных точках, на

которых в принятом масштабе откладывают давления, соответствующие этим объемам. Полученные ряды точек, принадлежащих искомым кривым сжатия и расширения, соединяются плавными линиями.

При построении диаграммы руководствуются следующими соотношениями:

P'

z

0,85 P

, P'

1,3 P

и P'

Pa Pв

.

(4.92)

 

 

z

c

c

в

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

99

Начало скругления диаграммы близ верхней мертвой точки производят с учетом угла опережения зажигания или начала подачи топлива, близ нижней мертвой точки – с учетом опережения открытия выпускного клапана двигателей-прототипов.

4.7. Расчет и построение регуляторной характеристики дизельного двигателя

Построение кривых регуляторной характеристики дизеля в безрегуляторной ветви ведут в интервале от ne(min) 800...1000 об/мин до

ne(max) neн .

Расчетные точки кривых на безрегуляторной ветви определяют по эмпирическим формулам:

эффективная мощность, кВт:

 

 

 

 

n

 

 

n

 

n

2

 

 

Ne

Ne

 

 

ei

0,5

1,5

ei

 

ei

 

 

;

(4.93)

 

 

 

 

 

 

 

 

neH

 

 

neH

 

 

 

 

 

 

i

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

эффективный крутящий момент, Н м:

Mei 9554

Nei

;

(4.94)

 

 

nei

 

удельный расход топлива, г/(кВт ч):

 

 

 

 

 

 

 

n

n

2

 

 

g

 

g

 

 

 

1,55

ei

 

ei

 

 

;

(4.95)

 

eH

1,55

 

 

 

 

ei

 

 

 

 

neH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

neH

 

 

 

– часовой расход топлива, кг/ч:

G

g

ei

N

ei

10 3

,

(4.96)

Ti

 

 

 

 

 

где i – текущие значения показателей.

Построение кривых регуляторной характеристики в регуляторной зоне

ведут в интервале от ne

до ne( X .X .) .

 

 

H

 

 

 

Частоту вращения коленчатого вала на холостом ходу определяют по

формуле

 

 

 

 

ne( X .X .) (1 p )ne

, об/мин,

(4.97)

 

H

 

 

где р – коэффициент

неравномерности

регулятора частоты

вращения

(для тракторных дизелей принимают р = 0,07... 0,08, т.е. частота nXX превышаетноминальнуюна7 ... 8 % или180 ... 240 об/мин).

100

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности