Расчет ДВС Д-240. Произвести тепловой расчет дизеля д240 для следующих условий
![]()
|
![]() Введение Тепловой расчет позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизируемого двигателя. Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы деталей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, построения характеристик и решения ряда вопросов динамики двигателя. Результаты теплового расчета зависят от совершенства оценки ряда коэффициентов, используемых в расчете и учитывающих особенности проектируемого двигателя. В методической разработке рассмотрен пример расчета дизельного двигателя, пример построения индикаторной диаграммы и пример кинематического и динамического расчетов аналитическим методом. В примерах расчетов не учитывается до зарядки и продувки цилиндров. Задание При выполнении расчета задаемся рядом параметров с учетом пределов их изменений, а также их значений для двигателей, принятых в качестве прототипов. Произвести тепловой расчет дизеля Д-240 для следующих условий:
Состав топлива задается массовым или объемным содержанием основных элементов: углерода С, водорода Н, и кислород О. Нужно иметь ввиду, что в топливе присутствуют также сера S, азот N и элементы химических соединений в виде антидетонационных, противодымных и других присадок. Расчет ведут для условий сгорания 1 кг топлива. Тепловой расчет двигателя Д-240 (без турбонаддува) Параметры рабочего тела На основе химических реакций сгорания углерода и водорода рассчитывают теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива: ![]() ![]() Или ![]() ![]() где ![]() Количество свежего воздуха: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Общее количество продуктов сгорания(при ![]() ![]() ![]() При сгорании в двигателях жидкого топлива всегда происходит приращение кмолей газа ![]() Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси: ![]() ![]() 1.2 Параметры окружающей среды и остаточные газы Принимаем атмосферные условия: для дизелей без наддува рк=р0=0,115 МПа. Для автотракторных двигателей без наддува и с наддувом при выпуске в атмосферу давление остаточных газов: ![]() ![]() 1.3 Процесс впуска Принимаем температуру подогрева свежего заряда ![]() ![]() ![]() Плотность заряда на впуске: ![]() ![]() где RB - газовая постоянная Дж/кг·К, Тк – температура остаточных газов (Тк=То=305 К). ![]() Принимаем ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() По опытным данным, в современных автотракторных двигателях на номинальном режиме ![]() Сопротивление впускной системы зависит от многих факторов, в том числе от длины трубопроводов и их сечения, наличия во впускной системе колен, их радиуса и числа, от шероховатостей стенок трубопроводов, сопротивлений при просасывании заряда через воздухоочиститель, клапаны. С увеличением частоты вращения вала двигателя аэродинамические сопротивления увеличиваются. Давление в конце впуска: ![]() ![]() Коэффициент остаточных газов: ![]() ![]() Температура в конце впуска: ![]() ![]() Коэффициент наполнения: ![]() ![]() 1.4 Процесс сжатия С учетом характерных знаний показателя политропы сжатия для заданных параметров двигателя принимаем ![]() По опытным данным для дизелей без наддува ![]() Давление в конце сжатия: ![]() ![]() Температура в конце сжатия: ![]() ![]() Средняя молярная теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия: ![]() ![]() Число молей остаточных газов: ![]() ![]() Число молей газов в конце сжатия до сгорания: ![]() ![]() 1.5 Процесс сгорания Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания в дизеле: ![]() ![]() Число молей газов после сгорания: ![]() ![]() Расчетный коэффициент молярного изменения: ![]() ![]() Принимаем коэффициент использования теплоты 𝛏=0,89. Тогда количество теплоты, передаваемой газом во время впрыска при сгорании 1 кг топлива: ![]() ![]() На значение коэффициента использования теплоты 𝛏влияют конструктивные параметры, режимы работы и регулировки двигателя. Чем совершеннее процесс смесеобразования и выше скорость распространения фронта пламени, тем выше 𝛏. Снижение 𝛏 обусловливается рядом факторов: обеднение или обогащения смеси- из-за снижения скорости сгорания; поздний угол впрыска топлива и увеличение частоты вращения – из-за возрастания догорания на такте расширения. Повышение степени сжатия и выбор рациональной формы камеры сгорания с возможно меньшим отношением поверхности к ее объему обуславливается повышением 𝛏. Значение коэффициента использования теплоты 𝛏варьируется для дизелей в пределах 0,7-0,9. Давление в конце сгорания: ![]() ![]() Для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразование ![]() ![]() ![]() Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания: ![]() ![]() ![]() Решаем уравнение относительно ![]() 0,0026Tz2+21,71Tz-76498=0 ![]() Tz1,2= ![]() Tz1=2498К Tz2=-11019К Значение максимальной температуры и давления цикла для современных автотракторных двигателей при работе с полной нагрузкой составляют: ![]() Степень предварительного расширения: ![]() ![]() 1.6 Процесс расширения Степень последующего расширения: ![]() ![]() С учетом характерных значений показателей политропы расширения для заданных параметров двигателя принимаем ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов ![]() ![]() ![]() 1.7 Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя Среднее индикаторное давление цикла для не скруглённой диаграммы: ![]() ![]() Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы ![]() Таблица 1. ![]() Тогда ![]() ![]() Индикаторный КПД: ![]() ![]() Индикаторный удельный расход топлива: ![]() ![]() 1.8 Эффективные показатели двигателя Принимаем предварительно среднюю скорость поршня ![]() a=0,040; b=0,020 - постоянные коэффициенты, зависящие от типа двигателя. Таблица 2. ![]() Таблица 3. ![]() Тогда среднее давление механических потерь: ![]() ![]() Среднее эффективное давление: ![]() ![]() Механический КПД: ![]() ![]() Эффективный КПД: ![]() ![]() Эффективный удельный расход топлива: ![]() ![]() 1.9 Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя Литраж двигателя: ![]() ![]() Рабочий объем цилиндра: ![]() ![]() где i – число цилиндров двигателя. Для определения размеров цилиндра задают коэффициент короткоходности двигателя χ, представляющий собой отношение хода поршня S к его диаметру D: • для ДсИЗ χ= 0,80... 1,05; • для дизелей χ=0,90... 1,20 ![]() ![]() ![]() Ход поршня: ![]() ![]() Площадь поршня: ![]() ![]() Средняя скорость поршня: ![]() ![]() ![]() Эффективный крутящий момент: ![]() ![]() Часовой расход топлива: ![]() ![]() Литровая мощность: ![]() ![]() Удельная поршневая мощность: ![]() ![]() Если принять массу сухого (незаправленного) двигателя с вспомогательным оборудованием по прототипу ![]() ![]() ![]() И удельная масса: ![]() ![]() Построение индикаторной диаграммы Индикаторную диаграмму поршневого двигателя строим по результатам теплового расчета для номинального режима его работы. Расчет проводим аналитическим методом, используя полученные в результате теплового расчета значений давлений в характерных точках диаграммы ![]() ![]() ![]() Следовательно, расчет сводится к определению промежуточных значений политроп сжатия и расширения в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Определяем условный размер камеры сгорания ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где S- ход поршня, ![]() ![]() Рассчитываем путь поршня ![]() ![]() ![]() где R - радиус кривошипа (R=S/2=58,6 мм), 𝜆 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (𝜆=0,26). Значение 𝜆 выбирается по прототипу рассчитываемого двигателя: • для ДсИЗ 𝜆= 0,24... 0,28; • для дизелей 𝜆= 0,26... 0,31 Рассчитываем текущее значение отношения ![]() Определяем текущее значение политропы сжатия ![]() ![]() ![]() Определяем текущее значение политропы расширения ![]() ![]() ![]() Результаты расчетов сводим в табл.4. И по соответствующим точкам строим кривые индикаторной диаграммы. Строим ось ординат – давление над поршнем и ось абсцисс – ход поршня. На оси абсцисс откладываем в масштабе отрезок равный ходу поршня и отмечаем отрезки ![]() ![]() Таблица 4. Результаты расчетов
Таблица 5. – Значения углов поворота
Пример расчетов: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Список литературы 1. Автомобили: учеб. Пособие для студ. Вузов по спец. "Автомобили иавтомобильное хоз-во"/ А.В. Богатырев, Ю.К. Есеновский - Лашков, М.Л. Носоновский, В.А. Чернышев; под ред. А.В. Богатырева. ─ М.:Колос, 2018. ─ 493 с. 2. Баширов Р.М. Основы теории и расчета автотракторных двигателей – Уфа: БГАУ, 2020. – 304 с. 3. Иванов А.М. Основы конструкции автомобиля / Иванов А.М., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и др. ─ М.:ООО Книжное издательство «За рулем», 2019. ─ 336 с. 4. Вахламов В.К. Автомобили. Эксплуатационные свойства: Учеб. для студ. ВУЗов по спец. «Автомобили и автомобильное хоз-во». – М.: Академия, 2021. – 238 с. 5. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль (Анализ конструкции и элементы расчета): Учебник. - М.: Машиностроение, 2018. – 295 с. 6. Проскурин А.И. Теория автомобиля: Примеры и задачи. - Пенза: Изд. ПГАСА. 2019. – 360 с. 7. Баширов Р.М. Топливные системы для автотракторных дизелей. - Уфа: Гилем, 2018. – 204с. 8. Колчин А.Н., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высшая школа, 2019. – 400с. 9. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2020. – 414 с. 10. Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля. – М.: Форум: ИНФА, 2021. – 368 с. |