Быстрый поиск

Дипломная работа: Модернизация системы охлаждения двигателя "Газели"

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

точек

ОХ, мм

ОВ/ОХ

Политропа сжатия

Политропа расширения

, мм

, МПа

, мм

, МПа

10.8235
11.4235
13.0235
14.8235
18.8235
20.8235
22.8235
24.8235

32.6235
40.4235
48.2235
56.0235
63.8235
71.6235
79.4235
87.2235

95.0235
102.823

9.5000
9.0010
7.8952
6.9365
5.4625
4.9379
4.5052
4.1422
3.1518
2.5437
2.1322
1.8354
1.6111
1.4356
1.2946
1.1789

1.0821
1.0000

22.1487
20.5639
17.1701
14.3684
10.3431
9.0014
7.9342
7.0682

4.8531
3.6134
2.8345
2.3061
1.9275
1.6447
1.4266
1.2541

1.1147
1.0000

37.6415
34.9482
29.1804
24.4191
17.5780
15.2978
13.4842
12.0123

8.2478
6.1409
4.8172
3.9192
3.2757
2.7951
2.4245
2.1313
1.8944
1.6995

1.8821
1.7474
1.4590
1.2210
0.8789
0.7649
0.6742
0.6006

0.4124
0.3070
0.2409
0.1960
0.1638
0.1398
0.1212
0.1066

0.0947
0.0850

16.7537
15.6594
13.2892
11.3008
8.3794
7.3843
6.5833
5.9261

4.2092
3.2184
2.5805
2.1388
1.8168
1.5726
1.3817
1.2288

1.1038
1.0000

149.553
139.785
118.627
100.877
74.8000
65.9170
58.7668
52.9003

37.5739
28.7290
23.0349
19.0927
16.2178
14.0378
12.3336
10.9687

9.8533
8.9266

7.4777
6.9893
5.9314
5.0439
3.7400
3.2958
2.9383
2.6450

1.8787
1.4365
1.1517
0.9546
0.8109
0.7019
0.6167
0.5484

0.4927
0.4463

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

Обозначение точек	Положение точек	j°		Расстояния точек от ВМТ (АХ), мм
	18º до в.м.т.	18	0.0626	2.8773
	25º после в.м.т.	25	0.1191	5.4806
	60º после н.м.т.	120	1.6069	73.9163
	35º до в.м.т	35	0.2277	10.4755
	30º до в.м.т	30	0.1696	7.8016
	55º до н.м.т.	125	1.6692	76.7830