Расчет автомобильного двигателя (ЗИЛ-130 V8)

 

Литровая  мощность двигателя:

 

                       (1.54)               

 

1.8 Построение индикаторной диаграммы.

Индикаторную  диаграмму строят для номинального режима работы двигателя, т.е. при n = 3200 об/мин и   кВт

Масштабы  диаграммы: масштаб хода поршня M_s = 1 мм в мм;  масштаб давлений M_p = 0,05 МПа в мм.

Приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

 

AB = S/M_s = 95/1 = 95 мм

OA = AB/(ε-1) = 95/(8,1-1) = 13,4 мм

 

Максимальная  высота диаграммы (точка z):

                             (1.55)

 

      Ординаты характерных точек:

                      (1.56)

                               (1.57)                  

                          (1.58)               

                                                                  (1.59)               

                           (1.60)

 

Построение  политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а)  политропа сжатия . Отсюда:

 

,            (1.61)

 

где ;

 

б)  политропа расширения . Отсюда:

 

         (1.62)

 

Результаты расчета точек  политроп приведены в табл. 1. Расчетные точки политроп показаны на рисунке (см. приложение) только для наглядности. При выполнении практических расчетов на диаграмме их не показывают.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

Таблица 1

№ точек	OX, мм	OB/OX	Политропа сжатия			Политропа расширения
				Px/Mp, мм	Px, МПа		Px/Mp, мм	Px, МПа
1	13,4	8,1	17,9	30,4	1,52 (точка c)	13,7	133	6,7 (точка z)
2	24	4,5	7,9	13,5	0,68	6,6	64,2	3,2
3	34,6	3,1	4,8	8,1	0,40	4,1	40,3	2,02
4	45,2	2,4	3,3	5,7	0,28	3	29,3	1,46
5	55,8	1,9	2,4	4,1	0,21	2,2	21,9	1,09
6	66,4	1,6	1,9	3,3	0,16	1,8	17,6	0,88
7	77	1,4	1,6	2,7	0,14	1,5	14,9	0,75
8	87,6	1,2	1,3	2,2	0,11	1,3	12,3	0,62
9	98,2	1,1	1,1	1,9	0,1	1,1	11	0,55
10	108,4	1	1	1,7	0,09 (точка а)	1	9,8	0,49 (точка b)

 

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный, 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 (точка r’) устанавливается

за 18 до прихода поршня в ВМТ, а закрытие (точка a’’) – через 60 после прохода поршнем НМТ; начало открытия выпускного клапана (точка b’) принимается за 55 до прихода поршня в НМТ, а закрытие (точка a’) – через 25 после прохода поршнем ВМТ. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимается равным 35 , а продолжительность периода задержки воспламенения ∆φ₁ = 5 .

   В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r’, a’, a’’, с’, f  и b’ по формуле :

                                      ,                  (1.63)

 

где λ  – отношение радиуса кривошипа  к длине шатуна.

Выбор величины λ производится при проведении динамического  расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ = 0,285.

Расчеты ординат точек r’, a’, a’’, с’, f  и b’ сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Обозначение точек	Положение точек	φ		Расстояние точек от ВМТ (AX), мм
r’	25 до ВМТ	25	0,0113	0,54
a’	30 до НМТ	30	0,9849	46,78
a’’	70 до ВМТ	110	1,9993	94,97
с’	40 до ВМТ	40	1,7461	82,94
f	33 до ВМТ	33	1,1558	54,9
b’	60 до НМТ	120	0,2339	11,11

 

Положение точки c’’ определяется из выражения:

       (1.64)

                             (1.65)  

                    

Действительное  давление сгорания:

                   (1.66)

                           (1.67)

 

Соединяя  плавными кривыми точки r c a’,  с’ c c’’ и далее с z_д и кривой

расширения, b’ с b’’ (точка b’’ располагается обычно между точками b и a) и линией выпуска b’’r’r, получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra’ac’fc’’z_дb’b’’r.

 

2. Тепловой баланс двигателя

 

 

Общее количество теплоты, введенной в двигатель  с топливом:

;                   (2.1)  

          

п	1000	1280	1920	2560	3200	3520	об/мин
	9,4	12,1	17,2	24,5	25	25,8	кг/ч
	114706,32	147653,88	209888,16	298968,6	342070	384832,2	Дж/с

 

Теплота, эквивалентная  эффективной работе за 1 с:

 

,                                            (2.2)

 

n	1000	1280	1920	2560	3200	3520	об/мин
	44000	56320	126720	168960	201600	249760	Дж/с

 

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

 

,                    (2.3)

 

где с = 0,45 ÷ 0,53 – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей. В расчете принято с = 0,45; i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; m = 0,51 ÷ 0,61 – показатель степени для четырехтактных двигателей.

 

п	1000	1280	1920	2560	3200	3520	об/мин
	7596,76	9073,312	11157,641	12920,8516	14478,223	15333,5	Дж/с

 

Теплота, унесенная  с отработавшими газами:

        (2.4)

 

При n = 1000 об/мин

 

 

 

При n = 1280 об/мин

 

 

 

При n = 1920 об/мин

 

 

 

При n = 2560 об/мин

 

 

 

При n=3200 об/мин

 

При n=3520 об/мин

 

 

 

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:

 

                                             (2.5)

При n = 1000 об/мин

 

 

При n = 1280, 1920, 2560, 3200 ∆H_и=2475 → об/мин

При n = 1280 об/мин = 8318,8

При n =1920 об/мин = 11825

При n = 2560 об/мин = 16843,8

При n = 3200 об/мин = 17187,5

При n = 3520 об/мин

 

 

Неучтенные  потери теплоты:

                           (2.6)

 

При n = 1000 об/мин

 

 

 

При n = 1280 об/мин

 

 

 

При n = 1920 об/мин

 

 

 

При n = 2560 об/мин

 

 

 

При n=3200 об/мин

 

 

 

При n=3520 об/мин

 

 

 

Составляющие теплового баланса  представлены в таблице 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

Составляющие теплового баланса	Частота вращения двигателя об/мин
	1000		1280		1920		2560		3200		3520
	Q, Дж/с	q, %	Q, Дж/с	q, %	Q, Дж/с	q, %	Q, Дж/с	q, %	Q, Дж/с	q, %	Q, Дж/с	q, %
Теплота, эквивалентная эффективной  работе	7596,76	6,622791142	9073,312	6,14498718	11157,641	5,31599353	12920,8516	4,32180891	14478,223	4,23253223	15333,5	3,98446388
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	44000	38,35882801	56320	38,1432577	126720	60,3750111	168960	56,5142962	201600	58,9353056	249760	64,901014
Теплота, унесенная с отработавшими  газами	26567,9	23,1616706	38712	26,2180716	59061,557	28,1395373	85995,4	28,764024	88831,98	25,9689479	94312,99	24,507562
Теплота, потерянная из-за химической неполноты  сгорания топлива	22625,3	19,72454526	8318,8	5,63398673	11825	5,63395286	16843,75	5,63395286	17187,5	5,02455638	8872,333	2,30550692
Неучтенные потери теплоты	13916,34	12,13214756	35230,15	23,8599555	1123,96233	0,53550535	14248,5944	4,76591669	19972,2992	5,83865852	16553,409	4,30146153
Общее количество теплоты, введенной  в двигатель с топливом	114706,32	100	147653,88	100	209888,16	100	298968,6	100	342070	100	384832,2	100

 

 

3 СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

 

       При построении внешних с коростных характеристик вновь проектируемых двигателей иногда используют результаты теплового расчета, проведенного для нескольких режимов работы двигателя с полной нагрузкой. Однако этот метод расчета дает надежные результаты только при наличии достаточно полных экспериментальных данных по целому ряду параметров работы двигателей на частичных скоростных режимах.

Построение  кривых скоростных характеристик ведется  в интервале от n_min до n_max.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующей эмпирической зависимости:

 

                                (3.1) 

 

При n = 1000 об/мин

 

При n = 1280 об/мин

 

При n = 1920 об/мин

 

При n = 2560 об/мин

 

При n=3200 об/мин

 

При n=3520 об/мин

 

 

По рассчитанным точкам в масштабе M_N строят кривую эффективной мощности.

Точки кривой эффективного крутящего момента (Нм) определяют по формуле:

                                 (3.2)

п	1000	1280	1920	2560	3200	3520	об/мин
	80	204	296	346	328	297

 

Кривая крутящего  момента, построенная в масштабе M_M, выражает также изменение среднего эффективного давления, но в масштабе M_p:

 

                        (3.3)

 

Величину  среднего эффективного давления p_ex для рассчитываемых точек можно определить по кривой или из выражения:

 

                                   (3.4)

 

При n = 1000 об/мин

 

При n = 1280 об/мин

 

 

      При n = 1920 об/мин

 

При n = 2560 об/мин

 

При n=3200 об/мин

 

При n=3520 об/мин

 

 

      Кривая среднего индикаторного давления, построенная в масштабе M_p, выражает также изменение индикаторного крутящего момента, но в масштабе M_M (Н•м/мм):

 

                     (3.5)

 

Удельный  эффективный расход топлива в  искомой точке скоростной характеристики:

,                                      (3.6)

 

где  - удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности.