Реферат: Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгорания

где – эффективный КПД двигателя.

Часовой расход топлива:

Индикаторный КПД двигателя вычисляется по выражению:

где ;

– коэффициент избытка воздуха;

– низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;

– коэффициент наполнения;

– плотность заряда на впуске, кг/м3:

где В – удельная газовая постоянная.

Результаты теплового расчета двигателя и его основные размеры приведены в таблице 1:

Таблица 1

1.8. Построение индикаторной диаграммы

После окончания расчета рабочего цикла двигателя приступаем к построению индикаторной диаграммы. Индикаторная диаграмма строится совмещенной: теоретическая и действительная в координатных осях , в которой по оси ординат откладывается давление газов в цилиндре в МПа, а по оси абсцисс – полный объем цилиндра.

Размеры индикаторной диаграммы по оси абсцисс (объемы) принимаем 130 мм, высота по оси ординат (давление) – 180 мм.

На оси абсцисс откладываем произвольный отрезок, изображающий объем камеры сгорания . Затем на этой оси откладываем в принятом масштабе объемы:

;    .

Выбираем масштаб давлений: .

В принятом масштабе давлений по оси ординат отмечают точки , , , , , , соответствующие давлениям: , , , , , давление , первое из них соответствует точке  на оси абсцисс, второе – точке .

Через точки ,  и  проводим прямые, параллельные оси абсцисс. Точки  и  соединяются политропой сжатия, а точки  и  – политропой расширения. Промежуточные точки этих кривых определяются из условия, что каждому значению  на оси абсцисс соответствуют следующие значения давлений:

 – для политропы сжатия;

 – для политропы расширения,

где  и  – искомые давления в промежуточных точках на политропах сжатия и расширения;

 – отношение объемов, выраженных в единицах длины (по чертежу);

 и  – показатели политроп сжатия и расширения.

Результаты расчетов ординат точек политроп запишем в таблицу 3:

Таблица 3

Основной целью динамического расчета является определение сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме и установление закономерностей их изменения за рабочий цикл двигателя.

На поршень действуют силы давления газов  и силы инерции  масс деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение.

2.1. Определение силы давления газов

Сила давления газов определяется по формуле:

,                                                                            (2.1.1.)

где  – текущее значение давления газов по индикаторной диаграмме, МПа;

 – диаметр цилиндра, м.

Для последующих расчетов необходимо построить график изменения силы давления газов в функции угла поворота коленчатого вала.

Для этого необходимо индикаторную диаграмму, построенную в координатах , перестроить в координатах . В этой диаграмме изменение давления газов в цилиндре в течении рабочего цикла является функцией угла поворота кривошипа . Такую диаграмму называют развернутой диаграммой. На этой диаграмме показано избыточное давление на поршень:

Индикаторную диаграмму перестраивают в развернутую по методу Брикса: ниже индикаторной диаграммы на диаметре, соответствующем ходу поршня, строится полуокружность радиусом, равным половине отрезка . Вправо по горизонтали откладывается отрезок, поправка Брикса, равный , где – радиус кривошипа; – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Принимаем .

Из этого нового центра  проводим лучи через каждые 30˚ до пересечения с полуокружностью. Точки пересечения этих лучей с полуокружностью проектируются на кривые политроп сжатия и расширения индикаторной диаграммы. Полученные точки пересечения сносим по горизонтали вправо на вертикальные линии соответствующих углов  развернутой диаграммы. Проведя через найденные точки кривую, получим развернутую индикаторную диаграмму за рабочий цикл.

Сила давления газов на поршень подсчитывается по формуле (2.1.1.), и величины этой силы для каждого угла поворота коленчатого вала записываются в таблицу 4.

Для определения газовых сил  по развернутой диаграмме давлений  необходимо пересчитать масштаб:

где – площадь поршня, .

2.2. Определение сил инерции

Действующая на поршень сила инерции масс, совершающих возвратно-поступательное движение, равна:

,

где  – сила инерции первого порядка;

 – сила инерции второго порядка;

Следовательно,

,

где

– масса поршневого комплекта, кг;

– масса шатуна, кг.

Значения масс деталей кривошипно-шатунного механизма принимаем из [1] (приложение 4):

Поршень:                  

Шатун:          

Угловая скорость вращения коленчатого вала равна:

Определив силы  и , строим сводный график сил, действующих на поршень.

2.3. Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

На шатунную шейку действуют две силы: сила , действующая по шатуну, и центробежная сила инерции .

Сила, действующая по шатуну, определяется по уравнению:

,

где – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра при повороте коленчатого вала на угол .

Страницы: 1, 2, 3