Рабочие процессы и экологическая безопасность автомобильных двигателей (стр. 2 из 3)
Определим количество молей газов после сгорания : Мz = M2+Mr = 0,5117+0,0279 = 0,5396 (кмоля) . Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси находится по формуле : b = Мz / Mc = 0,5397/0,5 = 1,08 .
Примем коэффициент использования теплоты xz = 0,8 , тогда количество теплоты , передаваемой на участке lz при сгорании топлива в 1 кг. : Q = xz×(Hu-DQH) , где Hu - низшая теплотворная способность топлива равная 42700 (Кдж/кг)., DQH =119950×(1-a)× L0 - количество теплоты , потерянное в следствии химической неполноты сгорания :
DQH = 119950×(1-0,95) ×0,516 = 3095 (Кдж/кг) , отсюда Q = 0,8×(42700-3095) =31684 (Кдж/кг). Определим температуру в конце сгорания из уравнения сгорания для карбюраторного двигателя (a<1) :
, тогда получим :1,08(20,87+0,00286*Тz)*Tz = 36636/(0,95*0,516*(1+0,057))+21,45*742
22,4Тz +0,003Тz2 = 86622 Þ 22,4 Тz +0,003 Тz2 - 86622 = 0
Максимальное давление в конце процесса сгорания теоретическое : Рz = Pc*b*Tz /Tc = 1,595*1,08*2810/742 = 6,524 (Мпа) . Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания : Рzд = 0,85*Рz = 0,85*6,524 =5,545 (МПа) . Степень повышения давления : l = Рz / Рс = 6,524/1,595 = 4,09
34 ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ .
С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров двигателя примем средний показатель политропы расширения n2 = 1,25
Давление и температура в конце процесса расширения :
6,524/13,876=0,4701(МПа). 
2810/1,7=1653 КПроверка ранее принятой температуры остаточных газов :
1653/ 1,6 = 1037 К . Погрешность составит :
D= 100*(1037-1030)/1030 = 0,68% , эта температура удовлетворяет условия D< 1,7 .
35 ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА .
Теоретическое среднее индикаторное давление определенное по формуле :
=1,163 (МПа) . Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным jи = 0,96 , тогда среднее индикаторное давление получим : рi = 0,96* рi’ = 0,96*1,163 = 1,116 (МПа) .
Индикаторный К.П.Д. : hi = pi l0 a / (QH r0 hv ) = (1,116 *14,957*0,9)/(42,7*1,189*0,763) = 0,388 , Qн = 42,7 МДж/кг.
Индикаторный удельный расход топлива : gi = 3600/ (QH hi ) = 3600/(42,7*0,388) =217 г/КВт ч.
36 Эффективные показатели двигателя .
При средней скорости поршня Сm = 15 м/с. , при ходе поршня S= 75 мм. и частотой вращения коленчатого вала двигателя n=5400 об/мин. , рассчитаем среднее давление механических потерь : Рм = А+В* Сm , где коэффициенты А и В определяются соотношением S/D =0,75<1 , тогда А=0,0395 , В = 0,0113 , отсюда Рм = 0,0395+0,0113*15 =0,209 МПа.
Рассчитаем среднее эффективное давление : ре = рi - pм = 1,116-0,209= 0,907 МПа.
Механический К.П.Д. составит : hм = ре / рi = 0,907/ 1,116 = 0 ,812
Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива :
hе= hi hм = 0,388*0,812 = 0,315 ; ge = 3600/(QH hе) = 3600/(42,7*0,315) = 268 г/КВт ч
Основные параметры цилиндра и двигателя.
1. Литраж двигателя : Vл = 30×t Nе / (ре n) = 30*4*90/(0,907*5400) = 2,205 л.
2. Рабочий объем цилиндра : Vh = Vл / i = 2,205 / 6 = 0,368 л.
3. Диаметр цилиндра : D = 2×103×Ö Vh(pS) = 2*10^3*(0,368/(3,14*75))^(0,5)= 2*103*0,0395 = 79,05 мм.@ 80 мм.
4. Окончательно приняв S = 75 мм. и D = 80мм. объем двигателя составит : Vл = pD2Si / (4*106) = (3,14*6400*75*6)/(4000000)= 2,26 л.
5. Площадь поршня : Fп = pD2 / 4 = 20096/4 = 5024 мм2 = 50,24 (см2).
6. Эффективная мощность двигателя : Nе = ре Vл n / 30t = (0,907*2,26*5400)/(30*4) = 92,24 (КВт.).
7. Эффективный крутящий момент : Ме = (3*104 / p)(Ne /n) = (30000/3,14)*(92,24/5400) = 163,2 (н×м)
8. Часовой расход топлива : Gт = Ne ×ge ×10-3 = 92,24×268×10-3 = 92,24*268*10^(-3)=24,72 .
9. Удельная поршневая мощность : Nn = 4× Ne /i×p×D2 = (4*92,24)/(6*3,14*80*80) =30,6
37 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ .
Индикаторную диаграмму строим для номинального режима двигателя , т.е. при Ne=92,24 кВт. И n=5400 об/мин.
Масштабы диаграммы :масштаб хода поршня 1 мм. ; масштаб давлений 0,05 МПа в мм.
Величины соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания :
АВ = S/Ms = 75/1,0 =75 мм. ; ОА = АВ / (e-1) = 75/(8,2-1) = 10,4 мм.
Максимальная высота диаграммы точка Z : рz / Mp = 6,524/0,05 = 130,48 мм.
Ординаты характерных точек :
ра / Мр = 0,0893/0,05 = 1,786 мм. ; рс / Мр = 1,595/0,05 = 31,9 мм. ; рв / Мр = 0,4701/0,05 = 9,402 мм. : рr / Мр = 0,116/0,05 = 2,32 мм. ; р0 / Мр = 0,1/0,05 = 2 мм.
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом :
1. Политропа сжатия : Рх = Ра (Vа Vх )n1 . Отсюда Рх / Мр = (Ра/Мр)(ОВ/ОХ)n1 мм. , где ОВ= ОА+АВ= 75+10,4 = 85,4 мм. ; n1 = 1,377 .
ТАБЛИЦА 2. Данные политропы сжатия :
ТАБЛИЦА 3. Данные политропы расширения .:
Рх / Мр = Рв (Vв /Vх)n2 , отсюда Рх / Мр = (рв/Мр)(ОВ/ОХ)n2 , где ОВ= 85,4 ; n2 =1.25
Рис.1. Индикаторная диаграмма.
4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ .
Кинематика кривошипно-шатунного механизма .
Sn = (R+a)- ( R cos.a+acos.b)= R[(1+1/l)-( cos.b+1/l cos.b)] , где l =R / a , тогда Sn = R[(1+ l/4)-( cos.a+ l/4 cos.2a)] , если a=180о то Sn=S - ходу поршня , тогда : 75 = R[(1+l/4)-(-1+l/4)] ; 75 = R[1.0625+0.9375] ; 75 = 2R Þ R = 75/2 = 37.5 мм.=0,0375 м.
l=R/Lш Þ Lш = R/l= 37,5/0,25 = 150 мм.=15 см. т.к. l= 0,25
Находим скорость поршня и ускорение в зависимости от угла поворота кривошипа :
Vп = dSn/dt = Rw( sina + l/2sin2a) , jn = d2Sn/dt = Rw2(cosa + lcos2a) ,
Угловую скорость найдем по формуле : w = pn/30 = 3,14*5400/30 = 565,2 рад/с .
ТАБЛИЦА 4.. Числовые данные определяющие соотношения :
1- ( sina + l/2sin2a) ; 2- (cosa + lcos2a)
Подставив эти значения в формулы скорости и ускорения и подсчитав результаты занесем их в таблицу 5.
ТАБЛИЦА 5. Скорость поршня при различных углах поворота кривошипа.(м/с)
| a | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | 210 | 240 | 270 | 300 | 330 |
| Vп | 0 | 12,89 | 20,65 | 21,2 | 16,06 | 8,31 | 0 | -8,31 | -16,06 | -21,2 | -20,65 | -12,89 |
| a | 360 | 390 | 420 | 450 | 480 | 510 | 540 | 570 | 600 | 630 | 660 | 690 |
| Vп | 0 | 12,89 | 20,65 | 21,2 | 16,06 | 8,31 | 0 | -8,31 | -16,06 | -21,2 | -20,65 | -12,89 |
ТАБЛИЦА 6. Ускорение поршня при различных углах поворота кривошипа .
| a | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | 210 | 240 | 270 | 300 | 330 |
| jп | 14974 | 11872 | 4492 | -2995 | -7487 | -8877 | -8985 | -8877 | -7487 | -2995 | 4492 | 11872 |
| a | 360 | 390 | 420 | 450 | 480 | 510 | 540 | 570 | 600 | 630 | 660 | 690 |
| jп | 14974 | 11872 | 4492 | -2995 | -7487 | -8877 | -8985 | -8877 | -7487 | -2995 | 4492 | 11872 |
Рис.2 График зависимости скорости поршня от угла поворота кривошипа .
Рис. 3 График зависимости ускорения поршня от угла поворота кривошипа .42 ПОСТРОЕНИЕ РАЗВЕРНУТОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ.
Отрезок ОО1 составит : ОО1= Rl/2 = 0,25*3,75/2 = 0,47 (см). Отрезок АС :
АС = mj w2 R(1+l) = 0,5 Рz = 0,5*6,524 = 3,262 (МПа) ; Рх = 3,262/0,05 = 65,24 мм.
Отсюда можно выразить массу движущихся частей :
Рассчитаем отрезки BD и EF :
BD = - mj w2 R(1-l) = - 0,000218*319451*0,0375*(1-0,25) = -1,959 (МПа) .
EF = -3 mj w2 Rl = -3*0,000218*319451*0,0375*0,25 = -1,959 (МПа ). Þ BD= EF
Рис.4 Развернутая индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя.
Силы инерции рассчитаем по формуле : Рj = - mj w2 R(cosa + lcos2a)
ТАБЛИЦА 7. Силы инерции .
| a | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | 210 | 240 | 270 | 300 | 330 |
| Рj | -3,25 | -2.58 | -0,98 | 0,65 | 1,625 | 1,927 | 1,95 | 1,927 | 1,625 | 0,65 | -0,98 | -2,58 |
| a | 360 | 390 | 420 | 450 | 480 | 510 | 540 | 570 | 600 | 630 | 660 | 690 |
| Pj | -3,25 | -2,58 | -0,98 | 0,65 | 1,625 | 1,927 | 1,95 | 1,927 | 1,625 | 0,65 | -0,98 | -2,58 |
Расчет радиальной , нормальной и тангенциальной сил для одного цилиндра :
Определение движущей силы , где Р0 = 0,1 МПа , Рдв = Рr +Pj - P0 , где Рr - сила давления газов на поршень , определяется по индикаторной диаграмме теплового расчета . Все значения движущей силы в зависимости от угла поворота приведены в таблице 8. Зная движущую силу определим радиальную , нормальную и тангенциальную силы :
N= Рдв*tgb ; Z = Рдв * cos(a+b)/cosb ; T = Рдв * sin(a+b)/cosb
ТАБЛИЦА 8. Составляющие силы .
По результатам расчетов построим графики радиальной N (рис.5) , нормальной (рис.6) , и тангенциальной (рис.7) сил в зависимости от угла поворота кривошипа .
Рис.5 График радиальной силы N в зависимости от угла поворота кривошипа .