Расчет двигателя внутреннего сгорания автомобиля КамАЗ (стр. 3 из 4)

Степень использования рабочего объема цилиндра (степень форсирования) характеризуется литровой мощностью (кВт/л).

1.7 Определение основных размеров двигателя

1.7.1 Рабочий объем цилиндра

Рабочий объем цилиндра определяется:

(47)

где

– количество цилиндров.

Задавшись отношением хода поршня к диаметру поршня

, определяют диаметр цилиндра:

(48)

Принимаем диаметр по ГОСТу

.

1.7.2 Ход поршня

По окончательно принятому значению

и полученному при расчете уточняем величину хода поршня S по зависимости:

(49)

1.8 Определение теплового баланса

1.8.1 Уравнение внешнего теплового баланса в абсолютных единицах

Уравнение внешнего теплового баланса имеет вид:

(50)

где

– количество теплоты, введенное в двигатель с топливом, кДж/ч;

- количество теплоты, превращенное в эффективную работу, кДж/ч;

- количество теплоты, отводимой в охлаждающую среду, кДж/ч;

- количество теплоты, унесенной отработавшими газами, кДж/ч;

- теплота, не выделившаяся вследствие неполноты сгорания

(51)

(52)

(53)

где

- температура отработанных газов, К;

- средняя мольная теплоемкость отработавших газов, кДж/кмольК;

- средняя мольная теплоемкость свежего заряда

(54)

Q_НС=119*10³(1-α)L₀G_Т;

Q_ОХЛ=Q-(Q_e+Q_r+Q_НС).

С_р1- средняя мольная теплоемкость при р=соnst свежего заряда при температуре

Т₀ (кДж/кмольК)

С_р1=28,475+1,74*10^-3Т₀; (74)

Q_НС- теплота, не выделившаяся вследствие неполноты сгорания (кДж/ч) при α<1

Q_НС=119*10³(1-α)L₀G_Т; (75)

Q_ОХЛ- количество теплоты, отводимой в охлаждающую среду (кДж/ч),

Q_ОХЛ=Q-(Q_e+Q_r+Q_НС). (76)

1.9.1 Уравнение теплового баланса в относительных единицах

q_e+q_r+q_HC+q_OXЛ=100%, (77)

где q_e=

*100%, q_r= *100%, q_ОХЛ= *100%, q_НС= *100%.

В табл.2 приведены примерные значения составляющих теплового баланса для номинального режима работы двигателей.

2. Построение индикаторной диаграммы

2.1 Построение индикаторной диаграммы двигателя с воспламенением от сжатия

Индикаторная диаграмма строится в координатах р-V.

По оси абсцисс (оси объемов) откладывают отрезок АВ (рисунок 1), соответствующий ходу поршня S в натуральную величину. Влево от точки А откладывают отрезок ОА, соответствующий объему камеры сжатия V_с; величина отрезка определяется из соотношения:

(50)

Точка О принимается за начало координат р-V.

Для построения индикаторной диаграммы рекомендуются масштабы давлений в пределах

= 0,02 - 0,05 МН/м². Масштаб давлений принимается таким, чтобы высота диаграммы превышала основание в 1,2-1,5 раза.

Из точек А и В проводят вертикальные линии, являющиеся отметками ВМТ и НМТ, на которые наносят точки а, с, в, r, z, соответствующие давлениям р_а, р_с, р_b, р_r, р_z.

При выполнении построения политроп сжатия и расширения рекомендуется осуществим графическим методом в следующей последовательности. Из начала координат О проводят луч под произвольным углом (α=15-20⁰) к оси абсцисс. Из начала координат О под углами

и к оси ординат проводят лучи ОЕ и ОК. значения углов и определяют по зависимостям:

(51)

(52)

Следовательно

и будут равны 30⁰ и 26⁰ соответственно.

Из точки С проводят горизонталь до пересечения с осью ординат. Из полученной точки под углом 45⁰ к оси ординат проводят прямую до пересечения с лучом ОЕ, а из точки пересечения с лучом- горизонтальную линию. Из точки С опускают перпендикуляр на ось абсцисс до пересечения с лучом ОД. Из полученной точки проводят прямую под углом 45⁰ к вертикали до пересечения с осью абсцисс. Из нее восстанавливают перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с ранее проведенной горизонталью. Полученная точка 1' принадлежит политропе сжатия. Другие точки политропы сжатия получаются аналогичным путем. Из точки пересечения горизонтали, на которой лежит точка 1', с осью ординат проводят прямую под углом 45⁰ к оси ординат до пересечения с лучом ОЕ и т.д. Через полученные точки 1',2',3' и т.д. проводится политропа сжатия АС. Построение политропы расширения выполняется аналогично. Построение начинают из точки Z, используя лучи ОД и ОК. Через полученные точки 1^",2^",3^" и т.д. проводится политропа расширения ZB.

При правильном построении политропы сжатия и расширения должны проходить соответственно через точки А и В.

В действительной индикаторной диаграмме следует учесть округления в точках с, z и b, обусловленные опережением зажигания, протекания процесса сгорания и предваоеним открытия выпускного клапана.

Для этой цели под индикаторной диаграммой строят полуокружность с диаметром, равным ходу поршня с центром О₁. От центра О₁ вправо откладывают отрезок r(λ/2) (поправку Ф.А.Брикса на конечную длину шатуна). При расчетах задаются значением

(ℓ- длина шатуна, r- радиус кривошипа, λ=1/3,5-1/4,5) или принимают по данным прототипа проектируемого двигателя.

Из центра О₂ под углом γ₁ (угол опережения открытия выпускного клапана) проводят луч О₂В₁. Через точку В₁ проводят вертикаль до пересечения с политропой расширения. Полученная точка b₁ на индикаторной диаграмме соответствует моменту открытия выпускного клапана.

Скругление индикаторной диаграммы делают на участке b_1, b_2, b₃.

Затем из центра О₂ проводят луч О₂С под углом γ₂ (угол опережения зажигания, γ₂=25-35⁰ поворота коленчатого вала до ВМТ). Через точку С проводят вертикаль до пересечения с политропой сжатия. Точка С' на индикаторной диаграмме соответствует моменту зажигания. Положение точки С^" определяют, приняв р^"_С=1,15-1,25 р_С.