Тепловой и динамический расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя служит для определения параметров рабочего тела в цилиндре двигателя, а также оценочных показателей рабочего процесса, для оценки мощностных и экономических показателей, позволяющих оценить мощность и расход топлива.

В основе методики расчета лежит метод В.И. Гриневецкого, в дальнейшем усовершенствованный Е.К. Мазингом, Н.Р. Брилингом, Б.С. Стечкиным и др.

Задачей динамического расчета является определение сил, действующих в механизмах преобразования энергии рабочего тела в механическую работу двигателя.

В настоящей работе тепловой и динамический расчеты выполняются для режима номинальной мощности.

1. Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания

Прототип двигателя ЗИЛ - 645

Номинальная мощность Ва145

Частота вращения коленчатого вала Ва2900

Число цилиндров Ва8

Степень сжатия Ва18,5

Тактность Ва4

Коэффициент избытка воздуха Ва1,73

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра Ва1,05

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя

2.1 Процесс наполнения

В результате данного процесса цилиндр двигателя (рабочая полость) наполняется свежим зарядом. Давление и температура окружающей среды принимаются: , .

Давление остаточных газов в зависимости от типа двигателя . Принимаем .

Температура остаточных газов выбирается в зависимости от типа двигателя с учетом того, что для дизельных двигателей она изменяется в пределах . Принимаем .

В зависимости от типа двигателя температура подогрева свежего заряда

Принимаем .

Давление в конце впуска . Принимаем .

Величина потери давления на впуске , для дизелей, колеблется в пределах . Принимаем

Коэффициент остаточных газов

Величина коэффициента остаточных газов Вадля дизеля изменяется в пределах .

Температура в конце впуска

Величина Вадля двигателей с наддувом находится в пределах

Коэффициент наполнения

2.2 Процесс сжатия

Давление в конце сжатия

Температура в конце сжатия

В этих формулах Ва- показатель политропы сжатия, который для автотракторных двигателей находится в пределах .

2.3 Процесс сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг жидкого топлива

Средний элементарный состав дизельного топлива принимают:

Количество свежего заряда для дизельного двигателя

Количество продуктов сгорания при работе двигателей на жидком топливе при

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

Действительный коэффициент молекулярного изменения

Величина μ для дизелей изменяется в пределах .

Низшую теплоту сгорания дизельного топлива принимаем:

Средняя мольная теплоемкость свежего заряда

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания для дизелей

Значения коэффициента использования теплоты при работе дизельного двигателя на номинальном режиме следующие . Принимаем .

Максимальная температура сгорания подсчитывается по уравнению

Ва(1)

Степень повышения давления

Величину степени повышения давления для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием выбирают в следующих пределах: . Принимаем .

Решая уравнение (1), находим :

Величина теоретического максимального давления цикла и степень повышения давления:

Численное значение степени повышения давления k при неразделенной камере сгорания . Принимаем .

Действительное давление

2.4 Процесс расширения

Степень предварительного расширения для дизельных двигателей

Степень последующего расширения

Давление в конце расширения

Величина среднего показателя политропы расширения для дизельных двигателей .

Температура в конце расширения

2.5 Процесс выпуска

Параметрами процесса выпуска ( и ) задаются в начале расчета процесса впуска. Правильность предварительного выбора величин Ваи Вапроверяется по формуле профессора Е. К. Мазинга:

Погрешность вычислений составляет

Т.к. погрешность вычислений не превышает 10% ,то величина Вавыбрана правильно.

2.6 Индикаторные показатели

Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизельных двигателей подсчитывается по формуле:

Среднее индикаторное давление действительного цикла

где ВатАУ коэффициент полноты диаграммы, который принимается для дизельных двигателей . Принимаем .

Величина Вадля дизельных двигателей без наддува может изменяться.

Индикаторный КПД для дизельных двигателей подсчитывается по формуле

Удельный индикаторный расход топлива определяется по уравнению

Величина индикаторного КПД для автотракторных дизельных двигателей .

2.7 Эффективные показатели

Механический КПД дизельного двигателя . Принимаем .

Тогда среднее эффективное давление

а эффективный КПД

Удельный эффективный расход жидкого топлива

2.8 Размеры двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и среднему эффективному давлению определяем литраж двигателя

где , , , Ва- для четырехтактных двигателей.

Рабочий объем одного цилиндра:

где i=8 тАУ число цилиндров.

Диаметр цилиндра

Принимаем диаметр цилиндра D =0,115м.

Ход поршня

Определяем основные параметры и показатели двигателя:

- литраж двигателя

- эффективную мощность

- эффективный крутящий момент

- часовой расход жидкого топлива

- среднюю скорость поршня

Определим погрешность вычисления :

, что допустимо.

Литровая мощность определяется по формуле

Величина литровой мощности для автотракторных дизельных двигателей колеблется в пределах .

2.9 Сводная таблица результатов теплового расчета

Таблица 1

ВаПараметр	ВаВычисленное Вазначение	ВаЭкспериментальное Вазначение
	0.03	0.02тАж0.06
	330,14	310тАж400
	0.778	0.8тАж0.9
	4,19	3.5тАж5.5
	890	700тАж900
	1.037	1.01тАж1.06
	7,12	5тАж10
	7,12	5тАж10
	1889	1800тАж2300
	0.29	0.2тАж0.4
	1109,6	1000тАж1200
	0,796	0,75тАж1,5
	0.51	0.4тАж0.53
	166,04	163тАж220
	0,597	0.45тАж0.85
	0.383	0.3тАж0.42
	221,38	210тАж280