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  145

Частота вращения коленчатого вала  2900

Число цилиндров  8

Степень сжатия  18,5

Тактность  4

Коэффициент избытка воздуха  1,73

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра  1,05

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  для дизеля изменяется в пределах .

Температура в конце впуска

.

Величина  для двигателей с наддувом находится в пределах

.

Коэффициент наполнения

2.2 Процесс сжатия

Давление в конце сжатия

.

Температура в конце сжатия

.

В этих формулах  - 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

 (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  и  проверяется по формуле профессора Е. К. Мазинга:

.

Погрешность вычислений составляет

.

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

2.6 Индикаторные показатели

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

Среднее индикаторное давление действительного цикла

,

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

Величина  для 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 , , ,  - для четырехтактных двигателей.

Рабочий объем одного цилиндра:

.

где i=8 – 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