Содержание пояснительной записки

1. Тепловой расчет дизеля

1.1 Краткое описание математической модели рабочего процесса в цилиндре

1.2 Расчет механического КПД и индикаторной цилиндровой мощности

1.3 Выбор исходных данных для компьютерного расчета индикаторной диаграммы

1.4 Результаты расчета индикаторной диаграммы

1.5 Построение индикаторной диаграммы

2. Динамический расчет дизеля

2.1 Расчет сил инерции

2.2 Расчет суммарной силы

2.3 Расчет нормальной, радиальной и касательной сил

2.4 Расчет набегающих моментов на коленчатом вале

3. Описание конструкции дизеля

3.1 Поперечный разрез дизеля

3.2 Остов двигателя

3.3 Кривошипно-шатунный механизм

3.4 Механизм газораспределения

3.5 Система топливная

3.5.1 Внутренняя топливная система

3.5.2 Внешняя топливная система

3.6 Система смазочная

3.6.1 Внутренняя смазочная система

3.6.2 Внешняя смазочная система

3.7 Система охлаждения

3.7.1 Внутренняя система охлаждения

3.7.2 Внешняя система охлаждения

4 Список литературы

1 Тепловой расчет дизеля

1.1 Краткое описание математической модели рабочего процесса в цилиндре

Модель является однозонной, т.е. весь объем цилиндра считается как одна термодинамическая система, находящаяся в равновесии. Границами системы считаются стенки цилиндра, поверхность огневого днища крышки цилиндра и донышко поршня. Поскольку расчет ведется от момента закрытия впускных клапанов (или продувочных окон) до момента открытия выпускных клапанов, и утечки газа через поршневые кольца полагаются равными нулю, то термодинамическая система является закрытой. Обмен энергией системы с окружающей средой происходит в форме теплоты и механической работы. Рабочее тело (воздух, продукты сгорания топлива) полагается идеальным газом (т.е. подчиняется уравнению Клапейрона).

Цель расчета - получить зависимость давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала, т.е. индикаторную диаграмму. Для этого используется уравнение первого закона термодинамики, описывающее баланс энергии системы при повороте вала на бесконечно малый угол:

₍₁₎

где - внутренняя энергиясистемы (газа в цилиндре) ,кДж;

- теплота, полученная системой от стенок, кДж;

-теплота, полученная системой в результате сгорания топлива, кДж;

-механическая работа, произведённая системой, кДж;

-угол поворота вала.

Изменение внутренней энергии системы определяется калорическим уравнением состояния:

(2)

где - масса рабочего тела (газа в цилиндре), кг;

- истинная удельная массовая изохорная теплоемкость газа в цилиндре, кДж/(кг·К);

- температура газа в цилиндре, К.

Теплота, полученная газом от стенок цилиндра определяется уравнением Ньютона-Рихмана:

(3)

где - коэффициент теплоотдачи от газа к стенкам цилиндра, кВт/(м2·К);

- коэффициент, учитывающий интенсивность теплообмена со стенками цилиндра;

- средняя температура стенок цилиндра и огневого днища крышки цилиндра, К;

- площадь огневого днища крышки цилиндра, м2;

- площадь втулки цилиндра, омываемой газом, м2.

- коэффициент, учитывающий интенсивность теплообмена с донышком поршня;

- температура донышка поршня, К;

- площадь донышка поршня, м2.

Теплота, полученная газом в результате сгорания топлива, считается по уравнению:

, (4)

где - цикловая подача топлива, кг;

- относительная скорость сгорания топлива;

- низшая удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Механическая работа, произведенная газом, находится из уравнения:

(5)

где - давление газа в цилиндре, кПа;

- текущий объем цилиндра, м3.

Давление газа находится из уравнения Клапейрона:

(6)

где - удельная газовая постоянная рабочего тела, кДж/(кг·К).

Коэффициент теплоотдачи от газа к стенкам определяется по уравнению Хохенберга:

(7)

где - эмпирическая постоянная;

- cредняя скорость поршня, м/с.

После подстановки всех выражений в уравнение (1) оно приводится к виду

(8)

Дифференциальное уравнение (8) решается численно. На первом этапе уравнение решается от момента закрытия впускных клапанов до момента открытия выпускных клапанов без сгорания топлива ("чистое" сжатие - расширение). Затем с использованием полученных кривых давления и температуры в цилиндре определяется длительность задержки воспламенения и момент начала горения топлива.

Период задержки воспламенения находится как верхний предел интеграла по формуле

(9)

где - задержка воспламенения, °ПКВ;

- задержка воспламенения, рассчитанная для давления и температуры, не изменяющихся за время задержки воспламенения.

Интеграл (9) находится численно. От момента начала впрыскивания топлива на каждом интервале счета находится задержка воспламенения, соответствующая текущим давлению и температуре (знаменатель подынтегрального выражения (9)). Счёт ведется до выполнения условия (9), когда интеграл становится равным единице. Верхний предел интеграла, определяемый числом шагов счета, является задержкой воспламенения, рассчитанной при переменных давлении и температуре в цилиндре.

Период задержки воспламенения для давления и температуры, не изменяющихся за время задержки воспламенения, определяется по формуле С.А. Калашникова:

(10)

где - коэффициент, зависящий от мелкости распыливания топлива;

- частота вращения коленчатого вала, об/мин;

- цетановое число топлива;

- коэффициент, зависящий от мелкости распыливания топлива;

- коэффициент, зависящий от мелкости распыливания топлива.

После определения момента начала горения уравнение (8) решается с учетом теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, до конца горения. При этом скорость сгорания находится по двухчленной формуле И.И. Вибе:

(11)

где - доля топлива, сгорающего по кинетическому механизму; - относительная скорость кинетического сгорания;

- доля топлива, сгорающего по диффузионному механизму;

- относительная скорость диффузионного сгорания.

После окончания горения уравнение (8) решается так же, как при сжатии. На всех этапах используется численный метод Рунге-Кутта-Фельберга пятого порядка [Форсайт, Дж., Машинные методы математических вычислений [Текст] / Дж. Форсайт и др. - М.: Мир, 1980. - 279 с. ].

Среднее индикаторное давление определяется из выражения

(12)

Значения интегралов в формуле (12) определяются численным методом.

Если индикаторная мощность, полученная в результате расчета, отличается от заданной, принимается новое давление наддува и расчет повторяется.

Более подробно математическая модель индикаторного процесса описывается в [2].