Двигатель ЗИЛ-130

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..2

1. Исходные  данные для теплового расчета…………………………………….3

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя…………….4

2.1 Определение параметров конца впуска………………………...………...4

      2.2 Определение параметров конца сжатия……………………………..….4

      2.3 Определение параметров конца сгорания………………………………..4

    2.4 Определение параметров конца расширения…………………………..6

    2.5 Определение параметров, характеризующих цикл в целом………….7

    2.6 Определение параметров, характеризующих двигатель в целом……..8

3. Динамический  расчет………………………………………………………….10

    3.1 Построение индикаторной диаграммы…………..……………………...11

    3.2 Перестроение индикаторной диаграммы…………………………………13

    3.3 Построение графиков сил и , К и Т ......……………………………...13

    3.4 Построение графика суммарного крутящего момента…….…………15

Заключение……………………………………………………………………….17

Список литературы………………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

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.

 

• эффективная мощность двигателя            N_e = 105 кВ;
• частота вращения коленчатого вала           n = 3100 об/мин;
• число тактов               τ = 4;
• число цилиндров и расположение цилиндров          і = 8V;
• коэффициент избытка воздуха             α = 0,90;
• степень сжатия               ε = 6,7;
• прототип                Зил-130;
• отношение хода поршня к диаметру цилиндра          S/D = 0,92.

          Для   расчета  двигателя   в   качестве  топлива   принимаем   бензин   А-92   с элементарным составом по массе:

g_c = 0,85; g_ll = 0,15; g₀ = 0.

            Низшая теплота сгорания данного топлива H_u = 44000 кДж/кг.                                                                  Давление и температуру окружающей среды принимаем равными    P₀ = 0,1 МПа, T₀ = 298 K.

           В начале сжатия температура отработавших газов для бензиновых ДВС изменяется в пределах от 900 до 1100 К, для расчета принимаем            T_r = 1000 К. Давление остаточных газов: P_r = (1,05…1,25) · p₀ = 1,15 · 0,1 = 0,115 МПа

           Температура подогрева свежего заряда для бензиновых ДВС изменяется в пределах: ΔТ =  -5...30 К, принимаем    ΔТ =5 К.

            Величина     потери     давления     на     впуске     для     бензиновых ДВС  Δ P_a = 0,12·0,01 = 0,012 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя.

2.1Определение параметров конца впуска

Давление  газов в цилиндре в конце впуска:

р_а = р₍₎ – Δp_a = 0,1 - 0,012 = 0,088 МПа

Коэффициент остаточных газов вычисляется по формуле:

 

Температура газов в цилиндре в конце впуска:

 

Коэффициент наполнения вычисляется по формуле:

 

 

 

 

2.2 Определение параметров конца сжатия

Давление  и температура газов в конце  сжатия вычисляются по формулам:

Р_c = р_a = 0,088 = 1,2 МПа

= T_а = 342 = 705K.

где = 1,38 – показатель политропы сжатия(табл. 1,2)

 

2.3 Определение параметров конца сгорания

Теоретически  необходимое количество воздуха  для сгорания топлива:

 

где  g_c g_h g₀ - средний элементарный состав топлива для бензина.

Количество  свежего заряда (кмоль для бензиновых двигателей определяется по формуле:

 

где - молекулярная масса топлива для бензина = 110…120 кмоль/кг.

 

Количество  продуктов сгорания при работе двигателя  на бензине 

при а < 1 :

 

 

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

 

Действительный  коэффициент молекулярного изменения:

 

    Низшая теплота сгорания топлива

 

Потеря  тепла вследствие неполноты сгорания топлива:

 

 

Средняя мольная теплоёмкость свежего заряда:

 

 

Средняя мольная теплоёмкость продуктов  сгорания:

 

 

Коэффициент использования теплоты для бензиновых ДВС изменяется в пределах ξ = (0,85...0,95). Принимаем ξ = 0,85.

Максимальная  температура сгорания подсчитывается по уравнению:

 

Подставив в уравнение найденное значение имеем:

 

Решим квадратное уравнение:

 

 

B =

A =

C = -78436,59

=

Теоретическое максимальное давление цикла:

 

Степень повышения давления:

 

        Действительное давление конца сгорания:

 

 

 

2.4 Определение параметров конца расширения

Степень предварительного расширения для бензиновых двигателей

ρ = 1.

Степень последующего расширения δ = = 6,7

Температура в конце расширения:

 

где n₂ – средний показатель политропы расширения, для бензиновых двигателей n₂ = 1,23…1,34, принимаем n₂ = 1,3.

 

Давление  в конце расширения:

 

Правильность выбора температуры T_r проверяем по формуле профессора Е.К. Мазинга

 

Погрешность расчета составляет 3,5 % , что меньше предельной - 10 %.

 

2.5 Определение параметров, характеризующих цикл в целом

Среднее индикаторное давление теоретического цикла:

 

 

Среднее индикаторное давление действительного  цикла

 

где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы(= 0,94…0,97; принято = 0,97).

Индикаторный  КПД:

 

Удельный индикаторный расход топлива:

 

 

 

 

 

2.6 Определение параметров, характеризующих двигатель в целом

Величина  механического КПД двигателя  выбирается исходя из того, что для бензиновых ДВС _{изменяется от 0,7 до 0,85. Принимаем} =0,85.

Среднее эффективное  давление:

 

Эффективный КПД:

 

Удельный  эффективный расход топлива:

 

2.7 Определение основных размеров двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и среднему давлению определяем литраж двигателя по формуле:

 

Рабочий объем одного цилиндра:

 

где – число цилиндров.

Диаметр цилиндра:

 

Ход поршня:

 

Эффективная мощность:

 

Эффективный крутящий момент:

 

    Часовой расход топлива:

 

Средняя скорость поршня:

 

Литровая  мощность:

 

Таким образом, найдены основные параметры  рабочего цикла двигателя, индикаторные и эффективные показатели его  работы, также определены основные размеры двигателя. Точность расчетов, температура  составляет 3,5%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Динамический  расчет

Динамический  расчет кривошипно-шатунный механизм выполняется с целью определения  суммарных сил и моментов, возникающих  от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета  используются при расчете деталей  двигателя на прочность и износ.

В течение  каждого рабочего цикла силы, действующие  в кривошипно-шатунном механизме,  непрерывно изменяются по величине и  направлению. Поэтому для характера  изменения  сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений  вала через каждые 30 град ПКВ. В отдельных  случаях  через 10 град ПКВ.

Последовательность выполнения расчета  следующая:

1. Строим индикаторную диаграмму в координатах р-V.
2. Перестраиваем индикаторную диаграмму, выполненную по результатам теплового расчета, в координаты р-φ.
3. Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 30° ПКВ в пределах (0…720)° ПКВ.

За начало отсчета принимаем  такое положение кривошипа, когда  поршень находится в начале такта  впуска.

Силу давления газов на днище  поршня определяем по формуле:

                                                                   (1)

Результаты  расчета заносятся в табл. 5.

4. Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

                                                                            (2)

Масса поступательно  движущихся частей КШМ определяется из выражения:

                ,                                                                 (3)

где - доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам

.

Значения  m_п и m_ш вычисляются:

,

,

где – площадь днища поршня.

Угловая скорость ω,  входящая в формулу(2):

,                                                                            (4)

 

При известной величине хода поршня S радиус кривошипа:

                                                                                 (5)

 

5. Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

                                                                            (6)

         Результаты определения, а также , и заносятся в табл.5.

6. Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа                                                                                  (7)

7.  Определяем тангенциальную  силу Т, направленную по касательной  к окружности радиуса кривошипа  (см. рис. 1):

.                                                                 (8)

Результаты определения  К и Т заносим в таблицу 6

 

3.1 Построение  индикаторной диаграммы

 

Индикаторная  диаграмма строится в координатах  p-V. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают  отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе ms, который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1,5:1, или 2:1.

Принимаем 1:1.

      Отрезок  ОА, соответствует объему камеры  сгорания, определяется из соотношения 

                         

                      

       При построении  диаграммы выбираем масштаб давления  m_р=0,05.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме  откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных  точках а, с, z’, z, b, r.

По наиболее распространенному графическому методу Бауэра политропы сжатия и расширения строим следующим образом.

Из начала координат проводим луч OK под углом к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи ОД и ОЕ под  углами β₁ и β₂ к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:

,                             .

                

                                                                                                    

Политропу сжатия строим с помощью лучей  ОК и ОД. Из точки С проводим горизонталь  до пересечения с осью ординат; из точки пересечения -линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки-вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводим вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой точки пересечения под углом 45° к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки - вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной  точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находим аналогично, принимая точку 1 за начало построения.