Колеж-сливен

по

Конструиране на двигатели с вътрешно горене

Станислав Стойнов гл. ас.Георгиев

Ф-н № 071321

Специалност: РЕАТ

2010

І. Избор и обосновка на изходните данни

1. Избор на степен на сгъстяване. ε

При избора на степента на сгъстяване ε основно ръководно начало са видът и предназначението на двигателя, видът на използваното гориво, особености на проектирания двигател по отношение на формата на горивната камера, материалите, от които са изработени частите, образуващи горивното пространство и др.

В нашия случай за транспортни двигатели с предкамерно и вихрокамерно смесообразуване степен на сгъстяване е зададено ε = 17ч22, избирам ε =19

За двигател със свръх пълнене:

-степен на сгъстяване двигател със свръх пълнене

-налягане на пълненето.

2. Избор на въздушно отношение α

Изборът на въздушното отношение зависи от вида на двигателя, предназначението му, начина на смесообразуване , запалването и др.

За дизелови двигатели α се изменя в граници 1,3 ч 1,6, приемаме α = 1,6.

3. Избор на температура и налягане на околната среда – То и pо

Изборът на температурата и налягането на околната среда зависят от климатичните условия, в които ще се експлоатира двигателя. Конкретния двигател е предназначен за експлоатация в Централна Европа, поради което приемаме: температура на околната среда То = 288 К и налягане на околната среда pо = 0,1 MPa.

При Pk≥0,15 и температура на въздуха Тк≥330К се предвижда охладител след турбо компресора.ΔТохл=40ч70К

Тк.охл=Тк- ΔТохл=344-44=300К

4. Избор на температура и налягане на отработалите газове – Тr и pr

Температурата и налягането на остатъчните газове, зависят от състава на горивовъздушната смес и от продължителността на горене. За бензинови двигатели Тr = 700 ч 900 K и

pr = (1,05 ч 1,25).Pk ,MPa; pr = 0,9.Pk=0,153MPa

приемаме Тr = 850 K ; pr =0,153 MPa.

5. Нагряване на работното вещество ΔТ

За дизелови двигатели с принудително пълнене ΔТ = 5 ч 10°, избираме ΔТ = 5°,

6. Параметри характеризиращи горивния процес

Коефициент на използване на топлината ξ

За бензинови двигатели с висока степен на сгъстяване

ξb = 0,85 ч 0,90

ξz = 0,70 ч 0,80

приемаме ξz = 0,80 ; ξb =0,90
Изчисляване на дизелов четиритактов двигател при следните изходни данни: Ne = 60 kW и nN = 4200 minˉ№. Предназначен за лек автомобил, охлаждане-течно, със свръх пълнене


ІІ. Термично изчисляване

Степен на сгъстяване ε = 15

Коефицент на излишък от въздух α = 1,6

Подгряване на прясно работно вещество ΔТ = 5°

Температура на околната среда То = 300 К

Налягане на околната среда po = 0,1 MPa

Температура на остатъчните газове Тr = 850°K

Налягане на остатъчните газове pr = 0,153 MPa

Коефициент на използване на топлината

в точка z – ξz = 0,80

в точка b – ξb = 0,90


1.Параметри на работното вещество

1.1. Теоретично необходимо количество въздух за изгаряне на

1kg гориво

където C = 0,870 kg/kg ; H = 0,126 kg/kg ; O = 0,004 kg/kg

1.2. Действително количество въздух, участващо при изгаряне на1kg гориво:

1.3.Количество на прясното работно вещество:

където = 190 – молекулна маса на дизеловото гориво

1.4. Количество на отработили газове при α >1

1.5. Теоретичен коефициент на молно изменение:

1.6. Състав и количество на отделните компоненти в отработилите газове:

a) въглероден двуокис

б) водна пара

в) азот

г) кислород

Проверка:

2.1. Налягане в края на процеса:

Приемаме

R = 287 J/kg.K – газова константа на въздуха;

2.2. Коефициент на остатъчни газове:

2.3. Температура в края на пълненето:

2.4. Коефициент на пълнене:

3.1. Налягане в края на сгъстяване

При отчитаме

3.2. Температура в края на сгъстяването

4.1. Действителен коефициент на молно изменение на работното вещество:

4.2. Неизползвана топлина при горене

4.3. Максимална температура при горене

където - коефициент на използване на топлината

Определя се по израза:

където

Специфичният топлинен капацитет на отработилите газове при температура се определя от израза:

+ 0,0623(23,723 + 0,00155 ) + 0,625(21,951 +0,001457 ) = =19,755+0,001532

Положителният корен на квадратното уравнение е или

4.4. Максимално налягане при горене

4.5. Степен на предварително разширение

5.1. Налягане в края на разширението

За и отчитаме

5.2. Температура в края на разширението

5.3. Проверка на температурата на газовете

6.1. Теоретично средно индикаторно налягане

където - коефициент на пълнота на индикаторна диаграма .

Приемаме

6.3. Индикаторен КПД на двигателя

6.4. Индикаторен специфичен разход на гориво

7.1. Средно налягане на механичните загуби

където - средна бутална скорост m/s

7.2. Средно ефективно налягане

7.3. Механичен КПД на двигателя

7.4. Ефективен КПД на двигателя

7.5. Ефективен специфичен разход на гориво

8.1 Работен обем на двигателя

8.2. Ходов обем на цилиндъра

където - броят на цилиндрите на двигателя

8.3. Диаметър на цилиндъра и ход на цилиндъра

където , приемаме

Приемам

8.4. Литрова мощност

8.5. Бутална мощност

8.6. Часов разход на гориво

9.9. Часов разход на въздух

9.10.Проверка за верността на приетото въздушно отношение

Индикаторна диаграма се построява при номинален режим на работа на двигателя , т.е. и

Привеждане на величените към съответния работен обем на цилиндъра и обема на горивната камера :

политропа на сгъстяване

политропа на разширение

Резултатите от пресмятане са нанесени в таблица

сгъстяване разшитение

VxPxVxPx

6. Теоретично средно индикаторно налягане

където - площ на диаграмата

Получената стойност на е много близка с изчислената

, оттук следва че термодинамично изчисление е правилно .

1. ІV Построяване на външна скоростна характеристика

Приемаме

Интервалът на честотата на въртене се приема през

2. Изчисляване на точките от кривата на мощността

- за бензинови двигатели

3. Изчисляване на точките от кривата на въртящия момент

4. Изчисляване на точките от кривата на средно ефективно налягане

5. Изчисляване на точките от кривата на специфичния разход на гориво

- за бензинови двигатели

6. Изчисляване на точките от кривата на часовия разход на гориво

7. Изчисляване на точките от кривата на въздушно отношение

- за бензинови двигатели

за

за -

8. Изчисляване на точките от кривата на коефициента на пълнене

за дизелови двигатели -коефициент на приспособяемост

nNeMePegeGhanv90010,98106,110,916290,52959,112,860,726120015,74125,260,9855273,43887,782,7430,706150018,69118,990,9362258,53719,32,620,606180026,12138,581,092464218,42,5150,644210031,5143,251,1271235,753803,62,40,609240036,68145,951,1484226,528502,2860,568270041,69147,451,1622113402,1720,532300046,69148,621,1694219,19699,82,057250,4330051,03147,671,1619218,383347,31,950,473360054,78145,311,143319564641,830,39390057,78141,481,11322249984,31,7150,401420060136,421,073230138001,60,375

Динамично изчисляване на двигателя.
1.Газови сили.

Аналитичното изчисляване на газовите сили като функция на завъртането на коляновия вал се извършва по израза:

където:

за φ=0 до 360^о P_Н=P_а=0,14MPa

за φ=360 до 540^о P_Н=P_b=0,3472 Mpa

за φ=540 до 720^о P_Н=P_r=0,153MPa

S_p=S=0,0824m-работният ход на буталото

m–ходът, съответстващ на височината на горивната камера.

P_ПР=0,1Mpa –налягането, действащо в противоположната страна на буталото.

n –показателят на политропата на процеса

за φ=0 до 180^о n=0

за φ=180 до 360^о n=n₁=1,4

за φ=360 до 540^о n=n₂=1,2

за φ=540 до 720^о n=0

S_x-текущо сечение на хода на буталото

β-ъгъл на отклонение на мотовилката

Стойностите на β и А за избраното значение на φ се вземат съответно от табл.

I-9 и I-10.

2Инерционни сили.
Инерционните сили на масите, извършващи праволинейно движение се изчисляват по израза:

MN,
където

kg-масата на частите ,извършващи праволинейно движение;

m_б.гр=0,604 kg масата на буталната група(буталото и буталния болт);

m_м.б=0,3987сата на мотовилката приведена към буталото;

g-земното ускорение;

w-ъгловата скорост на коляновия вал;

Инерционните сили на въртящите се части се определя по израза:

където

Пресмятане на бутало

1.Якостно изчисляване на бутало:

1.1. Напрежението на огъване се определя по формулата:

M_ОГ - огъващ момент:

α = 11.10^-6 deg^-1 - коефициент на линейно разширение на чугуна;

E = (1- 1,2).10⁶ MPa - модул на еластичност на чугуна;

δ = 0,01376 m - дебелина на челото на буталото;

λ_t = 58 W/mdeg - коефициент на топлопроводимост на чугуна;

q - специфично топлинно натоварване:

площ на сечение х – х:

където:

t = 0,00387 m - радиална дебелина на буталния пръстен;

Δt = 0,001 m - радиална хлабина между буталния пръстен и канала.
площ на надлъжното сечение на масления отвор:

където:

d_M = 0,00015 m - диаметър на масления канал.

инерционна сила от възвратно постъпателното движение на масата над сечение х – х:

m_x-x = (0,4-0,6).m_б = 0,5.0,633 = 0,636 kg - маса на буталото над сечение х - х;

m_б = 1,272 kg - маса на буталната група;

ω_x-x.max. = максимална ъглова скорост на празен ход.

h_П = 0,0043m - дебелина на преградната стена.

1.6.Диаметър на уплътняващата и водещата част на буталото в студено състояние:

Δ_у = (0,006 – 0,008)D = 0,006D = 0,006.86 = 0,516 mm - диаметрална хлабина на уплътняващата част;

Δ_B = (0,001 – 0,002)D = 0,002.86 = 0,172 mm - диаметрална хлабина на водещата част.
1.7.Правилното установяване на размерите се проверява по формулите:



mm

където:

T_Ц = (383 – 388)K = 383K - температура на цилиндъра;

T_o = 293K - начална температура на цилиндъра и буталото при монтаж;

T_у = (483 – 613)K = 593K - температура на уплътняващата част на буталото;

T_В = (403 – 473)K = 413K - температура на водещата част на буталото.


Кинематично и динамично изчисляване


I.Кинематика на коляно-мотовилков механизъм:
1.Ход на буталото:

където:

R,m - радиус на коляното;

Моментна скорост на буталото:

R, m - радиус на коляното;

R, m - радиус на коляното;

таблица 1

1.Газови сили:

p_o ,MPa - атмосферно налягане;

2.1.Маса на буталната група:

2.5.Mаса на коляното:

3.1.инерционна сила на масите, извьршващи праволинейно движение:

Резултатите са изнесени в таблица 2 графа 4.

4.1.Сумарна сила:

където:

където:

Резултатите са изнесени в таблица 2 графа: 5;7;9;11;13;14;15, като силите са представени сьс сьответните им налягания :

където:
A = B =

таблица 2

4.6.Период на изменение на въртящия момент:

 ЦилиндриМв,Nm

 1ц2ц3ц4ц^φoMв,Nm^φoMв,Nm^φoMв,Nm^φoMв,Nm000.0001800.0003600.0005400.0000.0003030-76.4210-44.9390257.12570-48.187.726060-30240-8.4420194.8600-38.7117.79090-16.427022.7450151.2630-17.05140.45120120-44300-107.6480107.1660-32.09-76.59150150-47.5330-72.551029690-43.8-138.41801800.0003600.0005400.0007200.0000.000

M_{B MAX} = 345.87 Nm

M_{B MIN} = -214.99Nm

M_{B MIN} = 130.88Nm

5.1.Сила,действаща на мотовилковата шийка:

таблица 5

Огьващ момент и нормална сила за участьци 1 и 2 :         M1- 0 - 90N1- 0 - 90 fcosfsinfM2- 100 - 135N2 - 100 - 135 0101.28205E-060.002584423 300.8661580940.4997701038.66067E-070.00261126 600.5004596890.865759839-2.7052E-070.002684589 9001-1.8259E-060.002784939 120-0.4990801990.86655582.38324E-060.006042759

Сумарна сила :        Pн =0.036359931MN     Mно/Рхrср =-0.0032  Nно/Рн =0.0087      fМн1;Mн2 Nн1;Nн2 0-1.80345E-060.000316331 30-1.14721E-060.000273993 606.45862E-070.000158311 903.09578E-062.51903E-07 120-2.64267E-060.000370474

 saj =125.4367716Mpa saн =72.97869074Mpa smax =199.5787071Mpa smin =147.1206262Mpa sm =173.3496667Mpa sa =26.22904043Mpa sв =1700Mpa ss =1600Mpa s-1 =700Mpa ao =0.3  bs =0.4375  Ks=1.434  e's =0.7  e"s =0.75  sak =40.29904712  sak/sm =0.232472597 bs-as/1-bs = 0.244444444 

nss =7.488928774

2.Стебло на мотовилката :              mмс =0.33kghm=0.024m Pj =-0.01025526MNbm =0.018m Pн =0.032169415MNtm =0.004m Роп =-0.01025526MNam =0.004m

 fср =0.000208m^2 Kx =1.12  Ky =1.12  s1 =173.2199287Mpa s2 =173.2199287Mpa sоп =-49.30413314Mpa sm1 =111.2620309Mpa sa1=61.95789777Mpa sm2 =111.2620309Mpa sa2 =61.95789777Mpa

 sв =1000 ss =940 s-1 =320 ao =0.22 bs =0.340425532 Ks=1.308 e's =2 e"s =3 sak =121.5613954 sak/sm =1.092568547bs-as/1-bs = 0.182580645 ns =2.191194869

3.Долна глава на мотовилката :        mk =0.3343158kg Pjог =-0.016195456MN C =0.058m bкапак =0.002m hкапак =0.003m J =4.5E-12m^4 F =0.000006m^2 bлагер.ч-ка=0.004m hлагер.ч-ка=0.005m Jл =4.16667E-11m^4 Fл =0.00002m^2 b 3-3 =0.003m h 3-3 =0.006m W 3-3 =0.000000018m^3sог =119.1540363Мpa E =2E+11  d =-1.41613E-08m

4.Mотовилкови болтове :        Материал :18XНВА  iболтове =2  c =0.64  Рпр =-0.02024432MN Роп =-0.025426866MN d =0.008  dр =0.006  f =0.00005024m^2 fp =0.00002826m^2 sоп max =506.1080098Mpa sоп min =402.9522371Mpa sн max =899.747573Mpa sн min =716.3595326Mpa sm =454.5301234Mpa sa =51.57788635Mpa sв =1700Mpa ss =1600Mpa s-1p =500Mpa as =0.28  bs =0.3125  Ks =1.434  e's =1  e"s =0.92  sak =68.0456739Mpa sak/sm =0.149705532 bs-as/1-bs = 0.047272727bs-as/1-bs = nss =3.061756798 


Изчисляване на пьлноопорен колянов вал :   40XHMA
Центробежни сили от вьртящите се маси :        Радиус на коляното : 1.от приведена маса на мотовилката :  Рмк =0.009872838MN2.от масата на мотовилковата шийка :  mмш =0.41kg   Рмш =0.004035968MN3.от неуравновесената маса на рамото :  mp =0.15kg   r =0.0412m   Рр =0.001817321MN4.от масата на противотежестта :  mпр =1.135kg   r1 =0.032m   Рпр =1.82472E-05MN

R =0.0412m

 Изчисляване на основни шийки :   a М1цMош2М2цМош30000030-0.000201-0.000200658-8.24E-05-0.00028306260-0.000111-0.00011114-0.0001507-0.000261854909.461E-059.46061E-05-0.0001123-1.76684E-051200.00014660.0001466485.396E-050.0002006071508.198E-058.19764E-054.409E-050.0001260681800000210-8.24E-05-8.24034E-050.00029760.00021518240-0.000151-0.0001507140.0001183-3.24531E-05270-0.000112-0.0001122750.00019938.70058E-053005.396E-055.39591E-050.00019420.0002481183304.409E-054.40919E-050.00010050.0001446033600000
3900.00029760.000297583-8.315E-050.0002144314200.00011830.000118261-0.000149-3.07119E-054500.00019930.00019928-9.777E-050.0001015084800.00019420.0001941590.0001080.000302145100.00010050.0001005110.00019870.0002991785400000570-8.32E-05-8.31521E-05-0.0002007-0.00028381600-0.000149-0.000148973-0.0001111-0.000260113630-9.78E-05-9.77726E-059.461E-05-3.16645E-066600.0001080.0001079810.00014660.0002546296900.00019870.0001986678.198E-050.0002806437200000

   М3цМош4М4ц