Тепловой баланс

Общее количество теплоты Q₀, Дж/с

Q₀=(Н_и· G_т)/3,6=(42440·59,2)/3,6=697902.

Теплота Q_е, эквивалентная эффективной работе, Дж/с

Q_е=1000·N_е=1000·286=286000.

Принимаем с=0,5 и m=0,67. Тогда теплота Q_0хл, отводимая охлаждающей жидкостью, Дж/с

Q_0хл=(с·i·(0,1·D)^(1+2m)·n^m)/α=(0,5·6·(0,1·140)^(1+2·0,67)·2100^0,67)/1,7=142721.

Теплота Q_r, унесенная из двигателя отработавшими газами, Дж/с

Q_r=(G_т/3,6)·(М₂·((mc_v^”)^tr_t0+8,315)·t_r-M₁·((mc_v)^t0_t0+8,315)·t₀)=(59,2/3,6)· ·(0,881·(23,2286+0,003939·547-1,1844·1,7+8,315)·547-(20,6·0,002638·20+ +8,315)·20)=242281.

Теплота, потерянная при неполном сгорании топлива Q_н.с., Дж/с

Q_н.с.=0, т.к. α=1,7>1,0.

Неучтенные потери теплоты Q_ост, Дж/с

Q_ост= Q₀-(Q_е+ Q_0хл+ Q_r+ Q_н.с.)=697902-(286000+142721+242281+0)=26900.

Тепловой баланс в процентах от всего количества введенной теплоты:

q_e=(Q_е/ Q₀)·100%=(286000/697902)·100%=41%

q_охл=(Q_охл/ Q₀)·100%=(142721/697902)·100%=20%

q_r=(Q_r/ Q₀)·100%=(242281/697902)·100%=35%

q_ост=(Q_ост/ Q₀)·100%=(26900/697902)·100%=4%

Проверяем:

q_e+ q_охл+ q_r+ q_ост=41+20+35+4=100% - верно.

Рассчитанные составляющие теплового баланса приведены в табл.1.11. в сравнении со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей (табл.3.1.12 [1]).

Таблица 1.11

Значения составляющих теплового баланса в процентах

Тип двигателя	Параметры
qe	qохл	qr	qост	qн.с.
Дизельный с наддувом	32…45	10…26	25…40	2…5
Рассчитываемый двигатель

1.12. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма – графическая зависимость давления газа в цилиндре от надпоршневого объема, либо перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала.

Масштаб хода поршня μ_s=1,5 мм/мм.

Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра,

АВ=S/μ_s=125/1,5=83,33 мм (70<АВ<100-рекомендуемый диапазон).

Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания

ОА=АВ/(ε-1)=83,33/(17,2-1)=5,14 мм.

Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра

ОВ=ОА+АВ=83,33+5,14=88,47 мм.

Масштаб давления μ_р=0,1 МПа/мм.

Отрезок, соответствующий максимальному давлению

ОД=1,5·АВ=1,5·83,33=125 мм.

Величины давлений, мм:

р_а=р_а/ μ_р=0,16/0,1=1,6

р_с=р_с/ μ_р=7,66/0,1=76,6

р_z=р_z/ μ_р=13,02/0,1=130,2

р_b=р_b/ μ_р=0,54/0,1=5,4

р_r=р_r/ μ_р=0,144/0,1=1,44

р_o=0,1/ μ_р=0,1/0,1=1,0.

Выбираем отношение λ радиуса кривошипа R к длине шатуна L_ш, λ=0,27.

Политропы сжатия и растяжения строятся в диапазонах α=180°…360° и α=360°…540° соответственно с шагом ∆α=10°. Результаты расчетов политроп сжатия и расширения приведения в табл.1.12.1 и 1.12.2. По данным этих таблиц строятся политропы сжатия и расширения на индикаторной диаграмме двигателя в масштабе.

Таблица 1.12.1

Результаты расчета политропы сжатия

Угол α,град	(1-cosα) +λ(1-cos2α)/4	АХ, мм	ОХ, мм	ОВ/ОХ, мм	рх=ра*(ОВ/ОХ)^n1 МПа	рх/μр, мм
		83,33	88,47	1,00	0,16	1,60
	1,9887	82,86	88,00	1,01	0,16	1,61
	1,9549	81,45	86,59	1,02	0,16	1,65
	1,8998	79,16	84,30	1,05	0,17	1,71
	1,8218	75,91	81,05	1,09	0,18	1,80
	1,722	71,75	76,89	1,15	0,19	1,94
	1,6013	66,72	71,86	1,23	0,21	2,12
	1,4612	60,88	66,02	1,34	0,24	2,38
	1,3045	54,35	59,49	1,49	0,27	2,74
	1,139	47,46	52,60	1,68	0,32	3,25
	0,9573	39,89	45,03	1,96	0,40	4,01
	0,7772	32,38	37,52	2,36	0,51	5,14
	0,6013	25,05	30,19	2,93	0,69	6,90
	0,4364	18,18	23,32	3,79	0,98	9,81
	0,2878	11,99	17,13	5,16	1,49	14,92
	0,1678	6,99	12,13	7,29	2,39	23,86
	0,0761	3,17	8,31	10,65	3,99	39,91
	0,0193	0,80	5,94	14,88	6,30	62,95
		0,00	5,14	17,21	7,67	76,71

Таблица 1.12.2

Результаты расчета политропы расширения

Угол α,град	(1-cosα) +λ(1-cos2α)/4	АХ, мм	ОХ, мм	ОВ/ОХ, мм	рх=рb*(ОВ/ОХ)^n2 МПа	рх/μр, мм
		0,00	5,14	17,21	16,89	168,95
	0,0193	0,80	5,94	14,88	14,17	141,70
	0,0761	3,17	8,31	10,65	9,45	94,46
	0,1678	6,99	12,13	7,29	5,98	59,77
	0,2878	11,99	17,13	5,16	3,94	39,37
	0,4364	18,18	23,32	3,79	2,71	27,10
	0,6013	25,05	30,19	2,93	1,98	19,83
	0,7772	32,38	37,52	2,36	1,52	15,25
	0,9573	39,89	45,03	1,96	1,22	12,23
	1,139	47,46	52,60	1,68	1,01	10,13
	1,3045	54,35	59,49	1,49	0,87	8,73
	1,4612	60,88	66,02	1,34	0,77	7,69
	1,6013	66,72	71,86	1,23	0,69	6,95
	1,722	71,75	76,89	1,15	0,64	6,40
	1,8218	75,91	81,05	1,09	0,60	6,00
	1,8998	79,16	84,30	1,05	0,57	5,73
	1,9549	81,45	86,59	1,02	0,55	5,54
	1,9887	82,86	88,00	1,01	0,54	5,43
		83,33	88,47	1,00	0,54	5,40

Проводятся прямые линии, параллельные оси абсцисс, ординаты которых соответствуют давлениям р_а и р_r и р_о.

Точка с соединяется отрезком с точкой z’, точка b соединяется вертикальным отрезком с линией р_r в точке l, точка r соединяется вертикальным отрезком с линией р_а в точке m. Через точку Д параллельно оси абсцисс проводится прямая. Она пересекается в точке z’ с вертикальной линией, проходящей через точку А, а также с линией политропы расширения в точке z.

Отрезок z’z=ОА·(ρ-1)=5,14·(1,24-1)=1,23 мм.

Таким образом, получается теоретическая (расчетная) индикаторная диаграмма, ограниченная линией r m a c z’ z b l r.

Давление в точке с”, МПа, р_с”=1,2·р_с=1,2·7,66=9,19 мм.

р_b"=(р_b+р_а)/2=(0,54+0,16)/2=0,35 мм.

Действительное давление р_zд=р_z=13,02 МПа.

Нарастание давления ∆р, МПа

∆р=3,83.

Задается угол ∆α_z=10°. Тогда скорость нарастания давления (при пленочном смесеобразовании)

∆ρ/∆α_z=3,83/10=0,383 МПа/град.

Угол, соответствующий точке z_д: α=360+10=370°.

Положение точки z_д на индикаторной диаграмме:

АХ(z_д)=(АВ/2)·((1-соsα)+(λ/4)·(1-cos2α))=(83,33/2)·((1-соs370°)+(0,27/4)· ·(1-соs2·370°))=0,792.

Принимаем:

-угол опережения начала впрыска топлива α_в=20°;

-продолжительность периода задержки воспламенения α_и=20°;

-фазы газораспределения: α_о.вп.=60°; α_з.вп.=45°; α_э.в.=50°; α_о.в.=50°.

Определяем углы поворота коленчатого вала α, град, соответствующие характерным точкам:

f- начало впрыска топлива; α(f)=360-20=340°;

c’- начало видимого сгорания; α(c’)=360-20+10=350°;

b’- начало открытия выпускного клапана; α(b’)=540-50=490°;

r’- начало открытия впускного клапана; α(r’)=720-60=660°;

a”- полное закрытие впускного клапана; α(а”)=180+45=225°;

a’- полное закрытие выпускного клапана; α(а’)= 50°.

Определяем положение характерных точек АХ, мм и наносим их на индикаторную диаграмму:

АХ=(АВ/2)·((1-cosα)+(λ/4)·(1-cos2α)).

АХ(f)=3,21 АХ(r’)=25,09

АХ(c’)=0,79 АХ(a’)=18,17

АХ(b’)=71,76 АХ(a”)=73,96.

Соединение плавными кривыми точек r a’ a a” f c’ c” z_д b’ b” r’ r позволяет получить действительную диаграмму двигателя.

Среднее индикаторное давление, МПа, полученное по графику индикаторной диаграммы:

р_i=(F_i·μ_р)/АВ=(1188·0,1)/83,33=1,4.

Расхождение между полученной величиной р_i и величиной р_i, полученной в тепловом расчете:

∆р_i=|(р_i-р_i^исх)/р_i|·100%=(1,4-1,3)/1,4·100%=7,1<10%.

Показатели, полученные при тепловом расчете, в сравнении с показателями современных ДВС, представлены в табл.1.11.

2. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма(КШМ)

Дата добавления: 2015-12-01