Расчет дизильного двигателя

= 1,044*(32,475+0,00191*t_z

Или

0,00199*t_z² + 33,904*t_z – 76069

Т_z= t_z+273 = 2007+273=2280К.

Максимальное  давление сгорания:

p_z= p_с *l = 2* 4,462 = 8,92 МПа

Степень предварительного расширения

 

1.7.  Процессы расширения  и выпуска

Степень последующего расширения

d = e/r = 17/1,28 = 13,28

Средние показатели адиабаты и политропы  расширения k₂, n₂ определяются по номограмме 4.9 при d = 13,28 и Т_z = 2280К:

k₂ =1,2728; n₂ = 1,26.

Давление  и температура  в конце процесса расширения

 

Проверка  ранее принятой температуры  остаточных газов:

     допустимо

где Δ – погрешность расчёта. 

1.8. Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление

р_i=φ_и* р_i^’ = 0,95*1,011 = 0,96 МПа.

φ_и = 0,95 – коэффициент полноты диаграммы.

Индикаторный  КПД 

η_i=р_i*l₀*α/(H_и*ρ₀*η_v) = 0,96*14,45* 1,4/(42,44*1,189*0,854)= 0,45

Индикаторный  удельный расход топлива

q_i=3600/(η_i*H_и) = 3600/(42,44*0,45)= 189 г/(кВт*ч) 

1.9. Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь

p_м= а + b*n_H = 0,092 + 1,01* 1800 = 0,274 МПа

n_H = 1800 об/мин;   a = 0,092;   b = 1,01*10^-4  по [2].

Среднее эффективное давление и механический КПД

p_e= р_i- p_м = 0,96 – 0,274 = 0,686 МПа

η_м = p_e/ р_i = 0,686/0,96 = 0,714

Эффективный  КПД и эффективный  удельный расход топлива 

η_е= η_i*η_м = 0,45*0,714=0,321 

q_е=3600/(η_е*H_и) =3600/(0,321*42,44) = 264 г/(кВт*ч) 

1.10. Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж  двигателя:

t = 4 –тактность двигателя.

Рабочий объём одного цилиндра:

V_h=V_л/i =2,91/3 = 0,972 л

i = 3 –  число цилиндров

Диаметр цилиндра.

 Принимаем  S/D = 1

S – ход поршня;

D – диаметр поршня.

Окончательно  принимаем D = 110 мм и S = 110 мм.

      Основные  параметры и показатели двигателя  определяются по окончательно принятым значениям D и S:

Площадь поршня F_п=π*D²/4 = p*110²/4 = 9498 мм² = 94,98 см²;

Литраж  двигателя V_л=π*D²*S*i /(4*10⁶) = p*110²*110*3/(4*10⁶) = 3,134 л;

Эффективная номинальная мощность двигателя 

N_e= p_e*V_л*n/(30*τ) = 0,686*3,134*1800/(30*4) = 32,2 кВт;

Удельная  литровая мощность двигателя

N_л=N_e/V_л=32,2/3,134=10,27 кВт/л;

Эффективный крутящий момент

М_e=3*10⁴*N_e/(π*n) = 3*10⁴*32,2/(p= 170,9 Н.м;

Часовой расход топлива G_т=g_e*N_e = 32,2*0,264 = 8,5 кг/ч.

Удельная поршневая  мощность

N_п = N_e/(i*F_п) = 32,2/(3*94,98*10^-2) = 11,3 кВт/дм²

Сводим данные расчета в таблицу 1.1. 

Основные параметры  цилиндра и двигателя    Таблица 1.1

Давление  газов, МПа	ра	0,092
	рс	4,462
	рz	8,92
	pb	0,343
Температура газов. К	Та	326
	Тс	930
	Тz	2280
	Тb	1164
Среднее индикаторное давление, МПа	рi	0,96
К.П.Д.	hi	0,45
	he	0,321
	hм	0,714
Среднее эффективное давление, МПа	ре	0,686
Удельный  эффективный расход топлива г/(кВт*ч)	ge	264
Основные  размеры двигателя	D, мм	110
	S,мм	110
	Vh, дм3	1,045

 

1.11. Построение индикаторной диаграммы

     Индикаторная диаграмма дизеля построена для номинального режима работы двигателя аналитическим методом, т.е. при N_е = 32,2 кВт и n_Н = 1800 об/мин.

     Масштабы  диаграммы: масштаб хода поршня М_s=1 мм в мм; масштаб давления М_р=0.05 МПа в мм.

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

     АВ=S/M_s= 110/1= 110 мм; ОА=АВ/(ε-1)= 110/(17-1)= 6,87 мм.

Ординаты  характерных точек:

P_z/M_p=8,92/0,05=178,4 мм.

z'z = ОА*(r-1) = 6,87*(1,28-1) = 1,9 мм

P_а/M_p=0,092/0,05 = 1,8 мм;

P_с/M_p=4,462/0,05= 89,2 мм;

P_b/M_p= 0,343/0,05 = 6,9 мм;

P_r/M_p=0,105/0,05 = 2,1 мм ;

P₀/M_p=0,1/0,05 = 2 мм.

Построение  политроп сжатия и расширения аналитическим  методом:

а) политропа  сжатия

 Отсюда  

где ОВ = ОА + АВ = 6,87 + 110 = 116,9 мм;

б) политропа  расширения

 Отсюда  

Расчеты сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2.

№ точек	OX, мм		Политропа сжатия			Политропа расширения
				рx/Мр, мм	рx, МПа		рx/Мр, мм	рx, МПа
1	10	11,69	29	52,3	2,6	22,15	152,9	7,64
2	30	3,897	6,4	11,6	0,58	5,55	38,3	1,9
3	50	2,34	3,2	5,8	0,29	2,92	20,1	1,0
4	80	1,46	1,7	3,0	0,15	1,61	11,1	0,55

 

Определим фазы газораспределения

Впуск – начало (точка r¹) за 25° до в.м.т..

Впуск – окончание (точка а") - 60° после в.м.т..

Выпуск  – начало (точка b') - 60° до н.м.т..

Выпуск  – окончание (точка а') - 25° после в.м.т..

Угол  опережения впрыска (точка с') - 20°.

Продолжительность периода задержки воспламенения (точка f) - Dj₁ = 8°.

Определим положение точек по формуле для  определения преемещения поршня

l = 0,27 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Расчеты сводим в таблицу 1.3.

     Таблица 1.3.

Обозначение точек	Положение точек	φ0	Расстояние  точек от в.м.т.(АX),мм
r'	250 до в.м.т.	25	6,71
a"	600 после н.м.т.	120	88
b'	600 дон.м.т.	120	88
a'	250 после в.м.т.	25	6,71
c'	200 до в.м.т.	20	4,2
f	200 –8° = 12° до в.м.т	12	2,1

Положение точки с"

р_с" = (1,15¸1,25)*p_c = 1,15*4,46 = 5,1 МПа

р_с" / M_p = 5,1 / 0,05 = 102,6 мм 

1.12. Тепловой баланс  двигателя

Общее количество теплоты, введенной в двигатель:

Q₀ = Н_и*G_т/3,6= 42440*8,5/3,6 = 100205 Дж/с;

Теплота, эквивалентная  эффективной работе за 1 с:

Q_е=1000*N_e=1000*32,2=32200 Дж/с

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

Q_в=c*i*D^1+2m*n^m*(1/ α) = 0,48*3*11^1+2*0,65*1800^0,65*(1/1,4) = 33371 Дж/с

где

с = (0,45¸0,53) – коэффициент пропорциональности;

i = 3 – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

m = (0,6¸0,7) – показатель степени;

n = 1800 об/мин – частота вращения коленчатого вала.

Теплота, унесённая  с отработавшими газами:

где

 табл.3.9.

при a=1,4 и t_r = T_r –273 = 784 –273 = 511°C

где

табл. 3.6. (воздух) при t₀ = T₀ – 273 = 293 – 273 = 20°C

Неучтённые потери теплоты:

Q_ост=Q_о-( Q_е+ Q_r + Q_в ) = 100205-(32200 + 27185 + 33371) = 7449 Дж/с

Расчеты сводим в таблицу 1.4. 

     Таблица 1.4.

Составляющая  теплового баланса	Q, Дж/с	q, %
Теплота эквивалентная эффективной работе	32200	32,1
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	33371	33,3
Теплота, унесенная с отработавшими газами	27185	27,2
Неучтенные  потери теплоты	7449	7,4
Общее количество теплоты, введенное в  двигатель с топливом	100205	100