Определение основных размеров двигателя

_{11032008100950,955,9618,45293Проектир.1103200890810,95,1521,35266ПрототипbеРл VлSeDnнРе176,5210016,51301401,07714,8611,87238Проектир.1602100161351351,08,6418,5206ПрототипbеРл} VлSeDn_нМодель

Л

мм

мм

кВт

Проектируемый двигатель по удельным показателям: литровой мощности - Р_л=11,87 кВт/л и топливной экономичности b_e=206 ^г/кВт.ч превосходит один из прототипов ЯМЗ-238 в основном за счет применения наддува.

Исходные данные для расчета:

тип двигателя – четырехтактный, бензиновый, автомобильного типа, номинальная мощность (Р_е=110кВт), номинальная частота вращения (n_н=3200 мин^-1), степень сжатия (ε=8).

Расчет процессов впуска и выпуска

а). Задаемся значениями: Т₀; р₀; Т_r; р_r; DТ; g_r; р_а.

Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+25=298 К; ро=0,1 МПа.

Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

рr=1,15·р_о=1,15·0,1=0,115МПа.

Температуру остаточных газов (Т_r) принимаем 1000К.

Температуру подогрева свежего заряда (ΔТ) принимаем 10 град.

Коэффициент остаточных газов (g_r) принимаем 0,065.

Давление в конце впуска (р_а ) принимаем из следующего соотношения:

р_а=р_о - Dр_а .

Потери давления (Dр_а) за счет сопротивления впускного тракта:

,

Принимаем коэффициент сопротивления впускного тракта к=2,5; скорость заряда на впуске ω=90 м/с.

Плотность заряда на впуске:

р_а=0,1- 0,012=0,088МПа.

б). Определяем величину температуры в конце впуска :

  

 Определяем коэффициент наполнения:

 = .

в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха (a=1) определяем массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):

М₁ = a l_о / 29; кмоль.

l_o = 14,5 кг. воздуха / кг. топлива – для дизеля;

Масса воздуха в кмолях: L_o =l_o/29. (29 –масса 1 кмоль воздуха).

М₁=1·14,5/29=0,5 кмоль.

Процесс сжатия

Определяем параметры процесса сжатия: n₁; р_с; Т_с, .

а). Показатель политропы сжатия определяем из соотношения:

n₁ = 1,41 – 100/n_н =1.41-100/3200=1,38.

б). Давление конца сжатия:

= 0,088·8^1,38 = 1,55МПа.

в). Температура конца сжатия:

 350·8^1,38-1 = 771К.

г). Масса рабочей смеси в конце сжатия :

=0,5·(1+0,065) =0,535кмоль.

д). Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия:

С_vc=20,16+1,74×10^-3Т_с = 20,16+1,74·10^-3·771 =21,5 кДж/(кмоль.град).

Процесс сгорания

а). Определяем массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя:

+М₁ g_r ,

б). Определяем температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнения:

,

С_Vz – теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

С_Vz = (18,4+2,61)+(15,5+13,81)10^-4Т_z=21+0,0028,3T_z

m -коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания m= =

x - коэффициент использования теплоты в ходе сгорания, принимаем равным 0,85.

.Н_н- низшая теплотворная способность топлива:

для дизтоплива -

Уравнения сгорания после подстановки соответствующих значений решается как квадратное уравнение:

А Т_z² + В Т_z + C =0,

T_z = .

T_z=2950K.

в). Определяем максимальное давление газов в цилиндре:

р_z = р_сТ_z/T_c =1,55·1,0652950/771=6,32МПа.

Степень повышения давления:  =6,32/1,55=4,07.

Процесс расширения

Определяем параметры процесса расширения: n₂; р_b; Т_b.

а). Показатель политропы расширения определяем из соотношения:

n₂ = 1,22 + 130/n_н =1,22+130/3200=1,26.

б). Давление и температура конца расширения:

= 0,46МПа.

= 1717К.

Полученные расчетные значения термодинамических параметров процессов цикла соответствуют данными таблицы 2.

Индикаторные показатели цикла

а). Определяем среднее индикаторное давление газов:



.

б). Индикаторный КПД цикла:

= .

в). Индикаторный удельный расход топлива:

.

Эффективные показатели двигателя

а). Определяем среднее давление механических потерь:

=0,04+0,0135·10=0,175МПа,

принимаем среднюю скорость поршня с_п=10 м/с

б). Среднее эффективное давление газов:

=1,06 - 0,175=0,885 МПа.

в). Механический КПД двигателя:

г). Эффективный КПД двигателя:

=

д). Удельный эффективный расход топлива:

.

Полученные эффективные показатели двигателя соответствуют значениям таблицы 4.

Определение основных размеров двигателя

а). Определяем рабочий объем одного цилиндра по заданным значениям мощности, частоты вращения и расчетному значению среднего эффективного давления газов (р_е):

, л.

б). Принимаем отношение хода (S) поршня к диаметру (D) равным 0,9 и определяем:

, мм; S = (S/D) × D=81 мм.

Результаты теплового расчета необходимо сводим в таблицу и проводим анализ с точки зрения соответствия показателей рассчитываемого двигателя показателям двигателей, приведенных в приложении.

Характеристика двигателей

Модель

двигателя

ЯМЗ-238

Л

мм

мм

двигателя

0,0014432,29S_x, ммC_n, м/сj_n, м/с²0Ре

Проектируемый двигатель по удельным показателям: литровой мощности - Р_л=21,35 кВт/л и топливной экономичности b_e=266 ^г/кВт.ч превосходит прототип в основном за счет лучшей организации рабочего процесса (коэффициент избытка воздуха (α) в расчете принят равным 1.

8. Пример кинематического и динамического расчетов двигателя

Исходные данные: двигатель бензиновый, номинальная

мощность - 62,5 кВт, номинальная частота вращения - 5500 мин^-1,

ход поршня - 67 мм, диаметр поршня - 82 мм, число цилиндров - 4.

Определяем по формулам перемещение, скорость и ускорение поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

. . .

Полученные значения кинематических параметров оформляем в табличной форме (табл. 8.1.).

Выберем λи длину шатунаL_Ш, примем λ = 0,3.

В соответствии с этим: L_Ш=R/λ; L_Ш= 33,5/0,3 = 111,67 мм.

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

ω = πn_н/30 = 3,14·5500/30 = 575,67, с^-1 . При ⁰ = 0:

0, мм.

0, м/с.

14432,29, м/с².

Таблица 8.1

Кинематические параметры двигателя

φ⁰

кВт

12,1511279,67300,00

19,213885,62605,74

19,28-3330,539020,52

14,20-7216,1512038,53

7,14-7949,1515054,02

0,00-7771,2418063,77

-7,14-7949,1521067,00

-14,20-7216,1524063,77

-19,28-3330,5327054,02

-19,213885,6230038,53

-12,1511279,6733020,52

3605,74

0,00

0,00

14432,29

F_j, Нр_j, МПаφ⁰

-9764,35-2,030j, м/с²

-7631,41-1,503014432,13

-2628,86-0,526011279,54

2253,310,44903885,57

4882,180,96120-3330,49

5378,091,06150-7216,06

180-7949,05

-7771,14

5257,73

1,03

210

-7949,05

5378,09

1,06

240

-7216,06

4882,18

0,96

270

-3330,49

2253,31

0,44

300

3885,57

-2628,86

-0,52

330

11279,54

-7631,41

-1,50

360

14432,13

-9764,35

-1,92

370

14062,61

-9514,35

-1,87

380

12983,43

-8784,21

-1,73

390

11279,54

-7631,41

-1,50

420

3885,57

-2628,86

-0,52

450

-3330,49

2253,31

0,44

480

-7216,06

4882,18

0,96

510

-7949,05

5378,09

1,06

540

-7771,14

5257,73

1,03

570

-7949,05

5378,09

1,06

600

-7216,06

4882,18

0,96

630

-3330,49

2253,31

0,44

660

3885,57

-2628,86

-0,52

690

11279,54

-7631,41

-1,50

-9764,35-1,92720