МУ по курсачу ДВС
.pdf
колен под углом 180 град суммарная диаграмма строится как сумма двух диаграмм, сдвинутых на 180 град.
Для четырехцилиндровых двигателей диаграмма строится как сумма соответственно 4 диаграмм, сдвинутых по фазе каждая относительно предыдущей на 180 град (рисунок 3.1).
Для двигателей с числом цилиндров более двух участки суммарной диаграммы 720/i (i – число цилиндров) периодически повторяется. Поэтому достаточным оказывается построение диаграммы только на одном участке. К примеру, для шестицилиндрового двигателя на участке 120 град, а четырехцилиндрового – 180 град.
Если двигатель V-образный, то суммарная тангенциальная диаграмма находится сложением диаграмм цилиндров правого и левого рядов, построенных аналогично выше указанному с учетом угла развала цилиндров.
Используя суммарную диаграмму, определяют среднее значение тангенциальной силы Тср в мм:
Тср |
Fпол Fотр |
, |
(7.6) |
|
|||
|
l |
|
|
где Fпол и Fотр – сумма положительных и отрицательных площадей суммарной тангенциальной диаграммы Т, мм2;
l – длина суммарной диаграммы, мм.
По величине находится эффективная мощность двигателя [кВт]:
|
D2 |
|
м , |
(7.7) |
||
Ne |
|
Т |
ср 1 r |
|||
4 |
||||||
|
|
|
|
|
||
где μ1- масштаб тангенциальной силы, кПа/мм.
Совпадение этого значения мощности с заданным свидетельствует о правильности построения диаграмм (несовпадение допускается до 3
%).
7.3. Расчет маховика
Используя график тангенциальных усилий, определяется момент инерций всех подвижных деталей двигателя, затем момент инерции и размеры маховика.
По графику суммарных тангенциальных усилий (рисунок 3.1) определяется максимальная избыточная работа Lизб в кВт:
Lизб Aизб.max |
D2 |
пл. , |
(7.8) |
|
4 |
||||
|
|
|
21
μпл.= μ1∙ μ2, |
|
(7.9) |
||
где μпл.- масштаб площади, кПа∙м/мм2; |
|
|
||
μ2- масштаб длины, м/мм. |
|
|
|
|
Момент инерции всех подвижных деталей двигателя J [кг∙м2]: |
|
|||
|
L |
103 |
|
|
J |
изб |
|
, |
(7.10) |
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
где δ - степень неравномерности вращения коленчатого вала. Величина степени неравномерности вращения коленчатого вала
принимается с соответствующим обоснованием. |
|
|||
Момент инерции маховика Jм [кг∙м2]: |
|
|||
Jм=(0,86…0,9)∙J, |
(7.11) |
|||
Масса маховика m [мм]: |
|
|
|
|
m |
4 J м |
|
(7.12) |
|
D 2 |
||||
|
|
|||
|
0 |
|
|
|
где D0- диаметр центра тяжести сечения маховика, м (см.рисунок 7.1). Ориентируясь на чертежи маховиков реальных двигателей (см.
приложение А) разрабатывается чертеж маховика.
0 |
D |
Рисунок 7.1 Расчетная схема маховика:
D0- диаметр центра тяжести сечения маховика, м
22
8 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ
Вкратце описывается назначение системы, а также возможные еѐ типы. Даются расчетная схема и подробный расчет элементов системы топливоподачи проектируемого ДВС.
Для дизельного двигателя приводится схема и дается расчет топливного насоса высокого давления и форсунки, а для ДСиЗ - схема и расчет простейшего карбюратора.
8.1 Расчет системы топливоподачи дизельного двигателя 8.1.1 Расчет плунжерной пары
Разрабатывается схема системы топливоподачи и дается расчет еѐ основных элементов.
Объем цикловой подачи топлива V [мм3/цикл], впрыскиваемого в цилиндр двигателя, уточняется с использованием вычисленного значения удельного расхода топлива по формула 2.1:
Диаметр плунжера в мм, определяют по выражению:
d |
пл |
3 |
4 к |
V |
, |
(8.1) |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
v
где ηv- коэффициент подачи плунжерной пары (ηv = 0,8…0,9); к - отношение хода плунжера к диаметру.
8.1.2 Расчет форсунки
Предварительно определяется продолжительность впрыска топлива
∆t [с]:
t |
/ 6n , |
(8.2) |
где β- продолжительность впрыска топлива в градусах поворота коленчатого вала (принимается с учетом способа смесеобразования и типа форсунки, ориентируясь на выполненные двигатели);
Средняя скорость истечения топлива через сопловые отверстия ωТ [м/с]:
|
2 pт pг |
|
, |
(8.3) |
|
Т |
|||||
|
|
|
|||
|
Т |
|
|
|
|
где pг=(рz+pc)/2 - среднее давление газов в цилиндре при впрыске топлива, МПа;
23
рТ - давление впрыска топлива, МПа; ψ = (0,6…0,8) - коэффициент гидравлических сопротивлений.
Суммарная площадь сопловых отверстий [мм2]:
fC |
|
|
V |
|
, |
(8.4) |
|
|
|
|
|||
|
|
t 10 |
3 |
|||
|
ф |
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где μф- коэффициент расхода топлива (принимается в пределах
0,65-0,85).
Диаметр соплового отверстия dc [мм]:
d |
|
|
4 fC |
|
, |
(8.5) |
|
C |
m |
||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
где m- число сопловых отверстий распылителя.
Приведенные выше расчеты дают возможность лишь ориентировочно определить основные конструктивные параметры топливного насоса и форсунки. Объясняется это тем, что действительный процесс топливоподачи из-за сложных гидродинамических явлений, происходящих в топливной системе, значительно отличается от принятого в расчете.
8.2 Расчет системы топливоподачи ДсИЗ
Разрабатывается система топливоподачи (карбюраторная, с впрыском во впускной коллектор, в цилиндр и др.).
При впрыске во впускной коллектор (или в цилиндр) расчет ведется аналогично методике, принятой для дизеля. Для случая карбюраторного смесеобразования дается схема простейшего карбюратора и определяются диаметры диффузора и жиклера.
8.2.1Диаметр диффузора
Диаметр диффузора в мм определяется из условия обеспечения поступления в цилиндр необходимого количества свежего заряда:
dд |
D2 |
v n |
i |
к |
1 |
, |
(8.6) |
||
|
S |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где iк - число камер карбюратора;
φв - скорость воздуха в диффузоре на номинальном режиме работы двигателя, м/с;
24
8.2.2 Диаметр жиклера
Диаметр жиклера dж [мм] (рисунок 8.1) должен быть таким, чтобы за час через него прошел часовой расход топлива:
d |
|
|
ge Ne Т iк |
|
. |
(8.7) |
|
ж |
|
||||||
|
900 |
|
|
|
|
||
|
|
|
Т |
|
|||
|
|
|
|
|
|||
Скорость топлива в жиклере ωТ [м/с] определяется по выражению:
|
2g |
po pсм |
|
, |
(8.8) |
Т |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
где ψ = (0,6…0,8) коэффициент гидравлических сопротивлений; рсм – давление в смесительной камере, МПа.
|
|
|
P0 |
Т |
|
Pсм |
||
|
||
ж |
|
|
d |
|
Рисунок 8.1 Расчетная схема жиклера карбюратора:
po и pcм- давления атмосферное и в смесительной камере карбюратора.
9 ВНЕШНЯЯ CКОРОСТНАЯ (ДсИЗ) И РЕГУЛЯТОРНАЯ (ДИЗЕЛЯ) ХАРАКТЕРИСТИКИ
Для ДсИЗ строится внешняя скоростная характеристика (рисунок 9.1), для дизельного двигателя – скоростная характеристика с регуляторной ветвью (рисунок 9.2).
Значения, необходимые для построения характеристик ДсИЗ,
определяются по выражениям. |
|
|
|
|
1) для номинального режима: |
|
|
|
|
- угловая скорость вращения коленчатого вала в м/с: |
|
|||
|
n |
, |
(9.1) |
|
н |
30 |
|||
|
|
|||
|
|
|
||
- крутящий момент двигателя в Н∙м:
25
M k |
Ne |
, |
(9.2) |
|
|
|
н
- часовой расход топлива в кг/ч:
GT ge Ne , |
(9.3) |
2) для минимальной частоты вращения коленчатого вала:
-угловая скорость вращения принимается ω min= 70…100 с-1;
-минимальная мощность двигателя Nеmin [кВт]:
N |
|
N |
|
min |
(1 |
|
|
min |
( |
|
min |
)2 |
, |
(9.4) |
|||||||||
e min |
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
н |
|
|
|||
- минимальный удельный расход топлива gеmin |
[г/(кВтч)]: |
|
|||||||||||||||||||||
g |
|
|
g |
|
|
1,2 |
|
|
min |
0,8 |
( |
|
|
min |
)2 |
, |
(9.5) |
||||||
e min |
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
||
- минимальный часовой расход топлива GТ min [кг/ч]: |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
G |
|
|
g |
e min |
N |
e min |
10 3 . |
|
|
|
|
(9.6) |
||||||||
|
|
|
T min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Расчетные 5…6 точек (от ωmin до ωн) определяются по выражениям, используемым для определения Ne min и ge min, подставив вместо ωmin значения ωi (расчѐтной точки).
Для дизельного двигателя необходимые значения определяются по выражениям:
1)для номинального режима ωн, Mк и GТ - так же как и для ДсИЗ;
2)для режима холостого хода (регуляторная ветвь):
- угловая скорость холостого хода ωх, [с-1]:
x |
(1 |
p ) |
н , |
(9.7) |
где δр - степень неравномерности регулятора.
Часовой расход топлива на режиме минимальных оборотов [кг/ч]:
Gxx GT (0,26...0,3) , |
(9.8) |
3) для корректорной ветви:
-минимальная угловая скорость вращения к.в. ω min принимается в пре-
делах ω min= 54…90 с-1
-минимальная мощность двигателя [кВт]:
-для дизелей с неразделенными камерами сгорания:
N |
|
N |
|
min |
0,87 1,13 |
min |
( |
min |
)2 , |
(9.9) |
e min |
e н |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
н |
|
н |
|
н |
|
|
-для дизелей с предкамерами:
26
N |
|
N |
|
min |
0,6 1,4 |
min |
( |
min |
)2 |
e min |
e н |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
н |
|
н |
|
н |
|
-для дизелей с вихревыми камерами сгорания:
N |
|
N |
|
min |
0,7 1,3 |
min |
( |
min |
)2 |
e min |
eн |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
н |
|
н |
|
н |
|
- минимальный крутящий момент Мк min [Н∙м]:
M k min 
Ne min , min
- минимальный удельный расход топлива g e min [г/(кВтч))]:
g |
|
g |
|
1,55 |
1,55 |
min |
( |
min |
)2 , |
|||
e min |
e |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
н |
||
- минимальный часовой расход топлива Gт min [кг/ч]: |
||||||||||||
|
|
G |
|
g |
e min |
N |
e min |
10 3 |
, |
|
|
|
|
|
T min |
|
|
|
|
|
|
|
|||
,(9.10)
,(9.11)
(9.12)
(9.13)
(9.14)
Остальные расчѐтные 5-6 точек определяются аналогично. Результаты расчетов заносятся в таблицу 9.1 и с их использованием
строятся характеристики и дается их анализ.
Таблица 9.1. Результаты вычислений Ne, Mк, ge и Gт
n, мин-1 |
Nе, кВт |
Мк, Нм |
gе, г/(кВт·ч) |
Gт, кг/ч |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
min... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max … |
|
|
|
|
27
Ne, |
Мк |
|
кВт |
||
|
||
Мк, |
|
|
кНм |
|
|
GТ , |
Ne |
|
кг/ч |
|
|
gе, |
|
|
г |
|
|
кВт ч |
|
|
|
GТ |
|
|
gе |
|
|
n, мин -1 |
Рисунок 9.1 Внешняя скоростная характеристика (ДсИЗ)
Ne, |
Мк |
|
кВт |
||
|
||
Мк, |
|
|
кНм |
|
|
GТ , |
Ne |
|
кг/ч |
||
gе, |
|
|
г |
|
|
кВт ч |
GТ |
|
|
||
|
gе |
n, мин -1
Рисунок 9.2 Скоростная характеристика с регуляторной ветвью (дизеля)
28
10 СВОДНЫЕ ДАННЫЕ СПРОЕКТИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ
В этой части пояснительной записки даются краткое описание двигателя, его конструктивные параметры и техническая характеристика.
Конструктивные параметры двигателя:
1)Число цилиндров i;
2)Размерность DхS;
3)Литраж двигателя Vh∙i [м3];
4)Степень сжатия ε;
5)Средняя скорость поршня Cm [м/с];
Техническая характеристика двигателя:
1)Номинальная мощность N ен [кВт];
2)Номинальная частота вращения коленчатого вала nн [мин-1];
3)Максимальный крутящий момент Мкmax при номинальной частоте вращения коленчатого вала [кН∙м];
г
4) Эффективный удельный расход топлива ge [ кВт ч ] ;
5) Часовой расход топлива GТ [кг/ч]; 6) Эффективный к.п.д. ηе;
7) Удельная литровая мощность Nл [кВт/л];
8) Удельная поршневая мощность Nп [кВт/дм2].
Дается сравнение показателей работы рассчитанного двигателя и близких к нему лучших отечественного и зарубежного двигателей.
29
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Баширов, Р. М. Основы теории и расчета автотракторных двигателей [Текст] : учебное пособие / Р.М. Баширов. – Уфа : БГАУ, 2008. -
304с.
2.Габдрафиков, Ф. З. Топливные системы автотракторных дизельных двигателей [Текст] : учебное пособие / Ф. З. Габдрафиков. – Уфа: ФГОУ ВПО БашГАУ, 2007. – 539 с.
3.Колчин, А. Н. Расчет автомобильных и тракторных двигателей [Текст] : учебник / А. Н. Колчин, В. П. Демидов. - М. : Высшая школа,
1980. – 400 с.
4.Луканин, В. Н. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов [Текст] : учебник / Луканин В. Н., Шатров М. Г. – М. : Выс-
шая школа, 2005. – 400 с.
5.Николаенко, А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей [Текст] : учебник / А.В. Николаенко. - 2-е изд., перераб. и
доп. – М. : Колос, 1992. - 414 с.
6.Стуканов, В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля [Текст] : учебник / В. А. Стуканов. – М. : Форум-ИНФА, 2004.
- 368 с.
30