(3.32)

3.7 Процессы расширения и выпуска

В начале процесса расширения, который условно начинается в момент достижения в цилиндре максимальной температуры цикла, продолжается подвод теплоты к рабочему телу, затем расширение происходит с отводом теплоты к стенкам. Догорание в процессе расширения происходит вследствие несовершенства перемешивание воздуха с топливом, недостаточного времени на сгорание. Интенсивный теплообмен между рабочим телом и стенками днища поршня, головки цилиндров, гильзы осуществляется в течение всего процесса расширения и различен для разных его участков. В результате влияния догорания топлива, восстановления продуктов диссоциации, охлаждения расширяющихся газов, утечки газов через неплотности поршневых колец и клапанов действительный процесс расширения протекает с переменным значением показателя политропы.

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по монограмме [1, рис.4.8] при заданном e для соответствующих значений a и Tz, а средний показатель политропы расширения n2 определяется по величине среднего показателя адиабаты.

1) Давление в конце процесса расширения:

 МПа                                    (3.33)

2) Температура в конце процесса расширения:

 К                                      (3.34)

3) Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

 К                           (3.35)

 %, что допустимо            (3.36)

3.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Средним индикаторным давлением рi называют условное постоянное давление газов, которое, воздействуя на поршень, за один его ход от ВМТ к НМТ совершает работу, равную работе за один рабочий цикл.

1) Теоретическое среднее индикаторное давление:

                   (3.37)

МПа

В действительном рабочем цикле среднее индикаторное давление получается меньше, с одной стороны, из-за округления индикаторной диаграммы у расчетных точек с, z и в, вследствие начала горения топлива до ВМТ, начала открытия выпускного клапана до НМТ; а с другой – из-за наличия насосных потерь при впуске и выпуске. Потери на округление учитываются коэффициентом полноты jи индикаторной диаграммы.

2) Среднее индикаторное давление:

МПа                      (3.38)

где jи=0.96 – коэффициентом полноты индикаторной диаграммы.

Экономичность протекания действительного цикла оценивается двумя показателями: индикаторным КПД hi и удельным расходом топлива gi на единицу индикаторной мощности в единицу времени.

3) Индикаторным КПД называется отношение теплоты, обращенной в механическую работу цикла, к теплоте, сгорания топлива:

                        (3.39)

Значения индикаторного КПД hi всегда ниже термического КПД ht, так как он учитывает не только отвод теплоты к холодному источнику, но и потери, связанные с неполнотой сгорания, отводом теплоты к стенкам и с отработавшими газами, диссоциацией, утечками газа через неплотности и т.д.

4) Индикаторный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч)                       (3.40)

Индикаторная мощность не может быть полностью передана потребителю, поскольку некоторая ее часть неизбежно затрачивается на преодоление различных сопротивлений внутри двигателя. Эту часть мощности называют мощностью механических потерь. К ней относится мощность, затрачиваемая: на трение между движущимися деталями двигателя (например, трение поршней и поршневых колец), движущимися деталями с воздухом, маслом (маховик, шатун и др.); приведение в действие вспомогательных агрегатов и устройств двигателя (насосов, генератора и др.); очистку и наполнение цилиндра (насосные потери); привод нагнетателя (при механическом приводе от коленчатого вала).

3.9 Эффективные показатели двигателя

1) Предварительно приняв ход поршня S= 92 мм, получим значение средней скорости поршня при nN=4500 мин-1

м/с                                (3.41)

2) Среднее давление механических потерь:

МПа              (3.42)

3) Среднее эффективное давление:

 МПа                       (3.43)

4) Механический КПД

                                             (3.44)

Показателями экономичности работы двигателя в целом (а не только его действительного цикла) служат удельный эффективный расход топлива ge и эффективный КПД hе.

5) Эффективный КПД:

                                (3.45)

6) Эффективный удельный расход топлива:

 г/(кВт·ч)                         (3.46)

3.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

1) Литраж двигателя

л                                  (3.47)

где t = 4 – количество тактов двигателя.

2) Рабочий объем одного цилиндра:

 л                                             (3.48)

где i= 4 – количество цилиндров двигателя.

3) Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят   S= 81 мм, то:

мм                        (3.49)

Окончательно принимаем D =93 мм, S= 92 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям  и :

Площадь поршня:

 см2                            (3.50)

Литраж двигателя:

 л                          (3.51)

Мощность двигателя:

 кВт                           (3.52)

Литровая мощность двигателя:

 кВт/л                                       (3.53)

Крутящий момент:

 Нм                          (3.54)

Часовой расход топлива:

 кг/ч                       (3.55)

3.11 Расчет и построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится с целью проверки полученного аналитическим путем значения среднего индикаторного представления протекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя.

Индикаторная диаграмма двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne=85 кВт и n=4500 мин-1, аналитическим методом.

Масштаб диаграммы: масштаб хода поршня Ms=1 мм в мм; масштаб давления Mp=0.05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

 мм                                              (3.56)

 мм                                      (3.57)

Максимальная высота диаграммы (точка )

мм                                       (3.58)

По данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках.

Ординаты характерных точек:

мм                          мм   (3.59)

мм                      мм

 мм

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия . Отсюда:

 мм,               (3.60)

где:  мм;

б) политропа расширения . Отсюда:

  мм;              (3.61)

Результаты расчета точек приведены в табл. 3.1

Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа                                  (3.62)

где 2160 мм2 – площадь диаграммы .

Таблица 3.1

Величина 1,1739 МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине 1,1752 МПа, полученной в тепловом расчете.

Скругление диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=4500 мин-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана  устанавливается за 18º до прихода поршня в ВМТ, а закрытия  – через 60º после прохода поршня НМТ. Начало открытия выпускного клапана  принимается за 55º до прихода поршня в НМТ, а закрытие точка  – через 25º после прохода поршнем ВМТ. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания  принимается равным 35º, а продолжительность периода задержки воспламенения – .

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек  и  по формуле для перемещения поршня.

                        (3.63)

где  - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины  производится при проведении динамического расче-та, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается l=0,285.

Расчеты ординат точек  и сведены в табл. 3.2.

Положение точки   определяется из выражения:

МПа                  (3.64)

мм                                      (3.65)

Таблица 3.2

Расчет ординат точек  и

Действительное давление сгорания:

МПа                     (3.66)

мм                            (3.67)

Нарастание давления от точки до zД составляет 6.356-2.3526=4,003 МПа или 4.003/10=0.4 МПа/град п.к.в., где 10 – положение точки zД по оси абсцисс, град.

Соединяя плавными кривыми точки r с ,  с  и далее с zД и кривой расширения  с  (точка  располагается между точками b и a) и линией выпуска , получаем скругленную индикаторную диаграмму .

4. КИНЕМАТИКА

1) Выбор λ и длины Lш шатуна.

 В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчете λ=0.285. В соответствии с этим

 мм                                           (4.1)

Построив кинематическую схему кривошипно-шатунного механизма (рис. 4.1), устанавливаем, что ранее принятые значения Lш и λ обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра.

2) Перемещение поршня.

мм.                                 (4.2)

Расчет Sx производится аналитически через каждые 10º угла поворота коленчатого вала Значения для  при различных φ взяты из табл. 7.1 [1] и занесены в гр. 2 расчетной табл. 4.1.

3) Угловая скорость вращения коленчатого вала

 рад/с                                      (4.3)

4) Скорость поршня

 м/с.                                     (4.4)

Значения для  взяты из табл. 7.2 [1] и занесены в гр. 4, а рассчитанные значения Vп – в гр. 5 табл. 4.1.

5) Ускорение поршня

 м/с2                                        (4.5)

Значения для  взяты из табл. 7.3 [1] и занесены в гр. 6, а рассчитанные значения j – в гр. 7 табл. 4.1.

Таблица 4.1

Кинематический расчет

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9