Физико-математическая модель второго уровня для расчета рабочего цикла ДВС

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовому проекту на тему:

“Тепловой и динамический расчет ДВС”

по дисциплине “Теория двигателей внутреннего сгорания”

для студентов специальности 7.090210 “Двигатели внутреннего

сгорания” дневной и заочной форм обучения

Методические указания к курсовому проекту на тему: “Тепловой и динамический расчет ДВС” по дисциплине “Теория двигателей внутреннего сгорания” для студентов специальности 7.090210 “Двигатели внутреннего сгорания” дневной и заочной форм обучения / сост.: Я.А. Егоров, Н.Е. Рябошапка. - Запорожье: ЗНТУ, 2003. - 56 с.

Составители: Я.А. Егоров, профессор, д.т.н.,

Н.Е. Рябошапка, ассистент.

Рецензент: А.C. Слюсаров, доцент, к.т.н.

Ответственный за выпуск: Я.А. Егоров

Утверждено

на заседании кафедры

“Теплотехника и гидравлика”

Протокол № 4

от ”28“ января 2003г.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Аннотация ............................................................................................... 4

Введение .................................................................................................. 5

1 Общая теоретическая часть…………………………………….... 5

1.1 Постановка задачи.........................................................................… 5

1.2 Методы решения задачи ......................................................…….... 6

1.3 Физико-математическая модель второго уровня для

расчета рабочего цикла ДВС ...............................................………...... 7

1.4 Динамический расчет двигателя ...................................…….…... 16

1.5 Исследовательская часть проекта .......................................…...... 18

2 Практические рекомендации по выполнению курсового

проекта………………………………………………………..........… 20

2.1 Индивидуальное задание к проекту ..............................……….... 20

2.2 Константы, используемые в расчете ....................................……. 21

2.3 Исходные данные для расчета ...............................................…… 22

2.4 Контроль и анализ результатов расчета ..................................…. 33

2.5 Исследование рабочего цикла ДВС ....................................….…. 37

2.6 К расчету скоростных характеристик двигателя .........….……... 37

2.7 К расчету нагрузочных характеристик двигателя .......….……... 36

2.8 К расчету пускового режима ..........................................………... 39

2.9 Исследование влияния влажности воздуха .........................….… 40

2.10 Заключение и рекомендации ....................................................... 44

2.11 Оформление курсового проекта .................................................. 44

2.12 Защита курсового проекта ........................................................... 45

3 Пример теплового и динамического расчета ДВС .............….. 46

3.1 Контроль результатов расчета ....................................................... 56

А Н Н О Т А Ц И Я

В соответствии с учебным планом по специальности 7.090210 “Двигатели внутреннего сгорания” студенты изучают дисциплину “Теория двигателей внутреннего сгорания”. По этой дисциплине предусмотрены лекции (120 часов), лабораторные работы (34 часа), расчетно-графические задания (РГЗ) и курсовой проект.

Настоящие методические указания предназначены для выполнения курсового проекта на тему : ”Тепловой и динамический расчет ДВС” и имеют целью ознакомить студентов с современными методами расчета основных технико-экономических показателей двигателей, а также их динамических характеристик (действующих сил и моментов сил), с помощью персонального компьютера. Студент выполняет расчет двигателя определенного типа и проводит индивидуальное исследование влияния некоторого выбранного фактора (конструк-тивного, режимного, регулировочного, эксплуатационного и др.) на энергетические, экономические и динамические показатели. По результатам расчета студент делает вывод о качествах двигателя путем сравнения полученных показателей с достигнутыми в мировой и отечественной практике.

Предусмотрены курсовые проекты двух видов:

1) учебный, в котором студент использует готовое программное обеспечение и выполняет вариантные расчеты,

2) проект с научно-исследовательским уклоном, который выполняется в рамках НИРС и предполагает существенную реконструкцию программы расчета на ЭВМ или составление новой.

Студенту предоставлена возможность самостоятельно выбрать:

1) тип двигателя для расчета,

2) вид исследования и исследуемый фактор,

3) вид курсового проекта (учебный, научно-исследовательский),

согласовав все эти вопросы с преподавателем.

Динамический расчет студент выполняет для номинального режима двигателя.

В В Е Д Е Н И Е

Курсовой проект состоит из двух частей:

1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания (ДВС),

2. Динамический расчет ДВС.

Тепловой расчет в свою очередь включает два раздела:

1. Расчет номинального режима двигателя, анализ полученных результатов.

2. Вариантные расчеты по исследованию влияния одного из выбранных факторов Z на показатели двигателя.

Динамический расчет двигателя предусматривает определение сил и моментов, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма, определение крутящего момента на выходном валу двигателя.

ОБЩАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Постановка задачи

Задача сформулирована в такой постановке, когда при известном назначении двигателя, при данных выходных показателях (мощности, частоте вращения вала), а также заданном виде топлива и числе цилиндров определяют размеры цилиндра (диаметр цилиндра D, ход поршня S). На основе разработанной физико-математической модели (ФММ) с помощью персонального компьютера получают:

- расчетную индикаторную диаграмму двигателя, для этого рассчитывают функции V(j), m(j), T(j), p(j), то есть зависимости объема, массы, температуры и давления в рабочей полости от угла поворота кривошипа;

- цикловые показатели (индикаторную работу L_і; индикаторную мощность N_i)

- удельные цикловые энергетические и экономические показатели (среднее индикаторное давление р_і; индикаторный КПД h_і; удельный индикаторный расход топлива g_i);

- данные о характере и степени влияния определенного выбранного фактора Z (конструктивного, режимного, регулировочного, эксплуатационного) на показатели двигателя;

- силы, действующие на основные детали кривошипно-шатунного механизма;

- крутящие моменты, действующие на каждую коренную шейку вала и на выходном валу двигателя.

Решение поставленных вопросов позволяет:

- дать оценку технического качества двигателя в отношении эффективности и экономичности;

- сформулировать рекомендации о величине или оптимизации одного из факторов Z, выбранного для исследования; если конкретные рекомендации дать невозможно, то ограничиваются констатацией выявленного влияния фактора Z на показатели двигателя и объяснением физических причин этого влияния;

- оценить действующие силы и моменты, что необходимо для прочностных расчетов деталей кривошипно-шатунного механизма (поршня, поршневого пальца, шатуна, кривошипа, коленчатого вала, подшипников);

- проверить соответствие полученных расчетных данных, реальных функций М(j) в течение цикла средним значениям М_ср на выходном валу двигателя.

Методы решения задачи

Основную трудность представляет тепловой расчет двигателя в связи с тем, что на процесс преобразования теплоты в механическую работу оказывает влияние большое число факторов.

При выборе метода решения задачи исходят из условий обеспечения двух основных требований: точности решения и сложности. Эти требования противоречивы, так как стремление повысить точность расчетов приводит к увеличению числа учитываемых факторов или явлений, что неизбежно увеличивает сложность решения. На практике метод решения задачи выбирают, учитывая конкретно поставленную цель, потому что расчеты бывают оценочные, поверочные, исследовательские, учебные и т.п.

Все существующие модели теплового расчета условно подразделены на уровни.

При термодинамическом исследовании применена модель нулевого уровня. Она является самой приближенной, так как не учитывает такие важные процессы, как массообмен и теплообмен и многие другие, но позволяет четко установить роль важных геометрических и термодинамических показателей (степени сжатия, степени повышения давления, степени предварительного расширения) при оценке энергетической эффективности и экономичности циклов ДВС.

Моделью первого уровня назван метод Гриневецкого-Мазинга. Его основу по-прежнему составляет термодинамика, но расчет многих процессов выполняется уточненно с учетом статистических экспериментальных данных, полученных на двигателях различных типов.

Модель теплового расчета второго уровня разработана на основе дифференциальных балансовых уравнений (рассматривается баланс массы и баланс энергии), к которым добавлены кинематические уравнения, а также уравнения состояния рабочего тела и его состава.

Модели третьего и последующего уровней являются теоретической базой для научных исследований с учетом многих специфических условий и явлений, имеющих место в рабочей полости ДВС (например, неоднородности рабочего тела в камере, нестационарного характера течения газа через органы газораспределения или элементы проточной части турбины в КДВС, локального и нестационарного характера теплообмена, диссоциации продуктов сгорания при высоких температурах и т.д.).

В настоящем курсовом проекте использована физико-математическая модель второго уровня, подробное изложение которой дано ниже.

Динамический расчет двигателя

Динамический расчет выполняют с целью определения сил и моментов, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма, а также момента на выходном валу двигателя. Действующие силы и момент в одном цилиндре изображены векторами на схеме рис.1.1.

Рисунок1.1-Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Сила, действующая на поршень вдоль оси цилиндра:

, (20)

где m_A - масса поступательно двигающихся частей, приведенная к точке А.

Боковая сила, действующая на поршень:

(21)

где b = arcsin(l_ksinj).

Сила, действующая на шатун:

. (22)

Тангенциальная сила, действующая на кривошип:

. (23)

Нормальная сила, действующая на кривошип вдоль его оси:

. (24)

Крутящий момент на кривошипе:

. (25)

Кроме переменных сил, определяемых по формулам (20) - (24), действуют постоянные по величине силы инерции, направленные вдоль кривошипа от оси вала.

Сила инерции кривошипной головки шатуна:

, (26)

где m_шк - часть массы шатуна, приведенная на ось шатунной шейки,

сила инерции кривошипа:

, (27)

где m_к - приведенная масса кривошипа.

Поэтому при расчете шатунных и коренных подшипников вала определяют суммарные силы, действующие на подшипники с учетом сил инерции:

суммарная сила на шатунный подшипник

(28)

и суммарная сила на коренные подшипники

. (29)

Поскольку коренных опоры две, то последняя сила распределяется пополам на каждый подшипник. Формулы (23) и (27) справедливы только для одноцилиндрового двигателя. В многоцилиндровых конструкциях необходимо учитывать одновременное действие сил от разных соседних цилиндров, связанных с одним кривошипом или коренной опорой.

Программа расчета DVS - 2 предусматривает тепловой расчет по формулам (1) - (19) и динамический расчет по формулам (20) - (25). Расчет набегающих крутящих моментов выполняется отдельно с учетом числа цилиндров, их расположения и порядка работы в соответствии с индивидуальным заданием студента.

Режимные факторы

1. скоростной режим (n, w).

2. Нагрузочный режим (Dm_тц, Dm_вц, a).

3. Режим холостого хода (Ne = 0, h_m = 0).

4. Пусковой режим (холодный пуск Т_w = Т₀, горячий пуск Т_w; n_min).

Регулировочные факторы

1. Угол опережения зажигания (j_с).

2. Продолжительность и характер сгорания (j_z, m₁).

Эксплуатационные факторы

1. Давление атмосферного воздуха (Р_о).

2. Температура окружающей среды (Т_о).

3. Влажность воздуха (относительная в %).

Методические факторы

1. Расчетный шаг (Dj).

2.Метод решения системы уравнений (Эйлера, Рунге - Кутта, Адамса, Штермера).

3. Способ описания процесса сгорания.

4. Способ описания внешнего теплообмена.

Дополнительные факторы

1. Процессы газообмена.

2. Двухтактный цикл.

3. Изменение состава рабочего тела.

4. Наличие разделенной камеры.

5. Испарение топлива.

6. Диссоциация продуктов сгорания.

7. Неоднородность рабочего тела в камере.

Исследование влияния конструктивных, режимных, регулировочных и эксплуатационных факторов проводится в рамках разработанной программы DVS - 2 .

Исследование влияния методических и дополнительных факторов требует корректировки программы расчета или ее полной реконструкции.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО

ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

2.1 Индивидуальное задание к проекту

Все позиции индивидуального задания выбирает студент, но они должны быть согласованы с преподавателем-консультантом:

1. Назначение двигателя (стационарный. судовой, лодочный, автомобильный, тракторный, авиационный ..),

2. Вид топлива (бензин, дизельное, моторное ..),

3. Мощность Ne = кВт,

4. Частота вращения вала n = об/мин,

5. Число и расположение цилиндров і = ; g =

где g - угол развала цилиндров в V-образной конструкции.

6. Наддув Р_к = МПа,

7. Охлаждение наддувочного воздуха Т_к,

8. Степень сжатия e = ,

9. Коэффициент избытка воздуха a = ,

10. Отношение (короткоходный, нормальный, длинноходный),

11. Исследуемый фактор - Z.

Исходные данные для расчета

Исходные данные для расчета готовятся в два этапа. На первом этапе выполняют предварительные расчеты, чтобы оценить основные размеры цилиндра, необходимые при использовании принятой ФММ.

С помощью графика на рис.1.2, построенного на основании статистических данных по современным двигателям, производят оценку ожидаемой величины среднего эффективного давления Р_е в зависимости от степени наддува (Р_к), степени охлаждения наддувочного воздуха (Т_к) и типа двигателя. При отсутствии наддува Р_к = Р_о @ 0,1 МПа.

Далее на основе формулы эффективной мощности

(30)

рассчитывают рабочий объем данного цилиндра

. (30,а)

Напоминание: Здесь и далее при вычислениях использовать только основные единицы международной системы (СИ).

Диаметр цилиндра (оценочный):

, (31)

ход поршня и радиус кривошипа .

На втором этапе рассчитывают все величины, которые являются исходными при использовании ФММ.

Для удобства общения с ПК и программистом-оператором готовят стандартную таблицу 1, в которой следует соблюсти все формальности:

1. Разместить таблицу на одной странице.

2. Обязательно заполнить все позиции, не пропустив ни одной из них.

3. Все числовые значения записать в основных единицах основной международной системы (СИ).

4. Заполненную таблицу подписывает студент (с указанием группы) и преподаватель-консультант.

Далее следуют рекомендации по выбору или расчету исходных данных, входящих в таблицу 1.

Рисунок 1.2 – Статистическая зависимость среднего эффективного давления Р_е от давления наддува Р_к:

а) поле с наклонной штриховкой - для бензиновых ДВС;

б) поле с вертикальной штриховкой - для дизельных ДВС.

На втором этапе рассчитывают все величины, которые являются исходными при использовании ФММ.

Для удобства общения с ПК и программистом-оператором готовят стандартную таблицу 1, в которой следует соблюсти все формальности:

1. Разместить таблицу на одной странице.

2. Обязательно заполнить все позиции, не пропустив ни одной из них.

3. Все числовые значения записать в основных единицах основной международной системы (СИ).

4. Заполненную таблицу подписывает студент (с указанием группы) и преподаватель-консультант.

Далее следуют рекомендации по выбору или расчету исходных данных, входящих в таблицу 1.

Для обеспечения приемлемой точности все величины должны быть рассчитаны и записаны с 3...4-мя значащими цифрами.

І. Код двигателя

Код двигателя Y в программе влияет на выбор теплоемкостей рабочего тела, которые зависят от состава и температуры рабочего тела.

Установлены коды для бензиновых ДВС Y = 0,

для дизельных ДВС Y = 1.

ІІ. Вид расчета: номинальный или исследовательский

ІIІ. Тип двигателя

Тип двигателя (бензиновый или дизельный) влияет на род используемого топлива и характер процесса сгорания, который зависит от способа смесеобразования.

1. Теплота сгорания топлива: (см. стр. 22)

2. Показатель процесса сгорания выбирают на основе рекомендаций по опытным данным:

для бензиновых ДВС m₁ = 3,2...4,0,

для дизельных ДВС m₁ = -0,3...+0,7.

Следует отметить, что несмотря на сравнительно широкий диапазон изменения m₁ на конечный результат это влияет мало, так как сам процесс сгорания составляет по продолжительности небольшую часть всего цикла.

VІ. Конструктивные данные

3. Количество цилиндров (см. индивидуальное задание).

4. Рядный, V-образный (см. индивидуальное задание).

5. Диаметр цилиндра определяют по формуле (31), величину D рекомендуется округлять до ближайшего числа целых миллиметров.

6. Площадь поршня представляет собой площадь плоской поверхности поршня, перпендикулярной оси цилиндра, она равна

и может отличаться от площади поверхности теплообмена поршня (см. п.7 данного раздела).

Таблица 1 - Исходные данные для расчета рабочего цикла

двигателя ........ к прогр. DVS-2

		Численн. велич.	обознач. и
№ №	Наименование величины	Номин режим	исследов режимы	единицы измерения
I.	Код двигателя(дизельный (1), бензиновый (0) )							Y
II.	Вид расчета (номинальный (1), исследовательский (0) )
III.	Тип двигателя
	1. Теплота сгорания топлива							Huт, Дж/кг
	2. Показатель процесса сгорания							m1
IV.	Конструктивные данные
	3. Количество цилиндров							і
	4. Рядный (1); V-образный (0)
	5. Диаметр цилиндра							D, м
	6.Площадь поршня							Fn, м2
	7. Радиус кривошипа							rк, м
	8. Отношение							lк
	9. Площадь теплообмена поршня							F¢n, м2
	10. Площадь теплообмена крышки							Fк, м2
	11. Объем камеры сжатия							Vc, м3
V.	Наддув
	12. Давление наддува							Рк, Па
	13. Темпер-ра наддувочного воздуха							Тк, К
VI.	Регулировочные данные
	14. Угол начала сгорания							jс, град
	15. Угол конца сгорания							jz, град
VII.	Режимные данные
	16. Угловая скорость вала							w, рад/с
	17. Коэффициент избытка воздуха							a
	18. Цикловая подача топлива							Dmтц, кг/цикл
	19. Средняя температура стенок							Тw, К
VIII.	Начальные условия
	20. Давление							Ра, Па
	21. Температура							Та, К
	22. Масса рабочего тела							mа,кг/цикл
	23. Объем рабочей полости							Va, м3
IX.	Данные к динамическому расчету
	24. Масса поступательно движущих-ся частей (приведенная)							mА, кг
X.	Расчетный шаг							Dj

Студент, группа: (подпись) Ф.И.О.

Преподаватель-консультант: (подпись) Ф.И.О.

7. Радиус кривошипа r_к найден в оценочном расчете, его рекомендуется округлять до целого числа миллиметров, как это сделано для диаметра D.

8. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна является конструктивным параметром, характеризующим геометрию кривошипно-шатунного механизма. Величину l_к выбирают по рекомендациям практики :

для автотракторных ДВС l_к = 0,25 ... 0,32

для судовых ДВС l_к = 0,20 ... 0,28.

9. Площадь теплообмена поршня F¢_n зависит от конфигурации днища. При плоском днище F¢_n = F_n. Если днище имеет сложную конфигурацию, например в случае полуразделенной камеры дизельного ДВС или при выполнении специальных проточек на поршне для клапанов, то F¢_n > F_n. В зависимости от типа двигателя и вида камеры можно выбирать

для бензиновых ДВС F¢_n = (1,0 ... 1,1)F_n,

для дизельных ДВС:

с разделенными камерами F¢_n @ F_n,

с неразделенными камерами F¢_n = (1,2 ... 1,3)F_n,

с полуразделенными камерами F¢_n = (1,4 ... 1,5)F_n.

10. Площадь теплообмена крышки F_к зависит от конструкции камеры сжатия. В бензиновых ДВС применяют плоские, шатровые, клиновидные, овальные, полусферические и др. камеры; для них имеет место соотношение

F_к = (1,1 ... 1,3)F_n.

Для дизельных ДВС:

для неразделенных и полуразделенных камер

F_к = (1,0 ... 1,3)F_n,

для разделенных камер F_к = (1,3 ... 1,5)F_n.

11. Объем камеры сжатия рассчитывают по соотношению .

V. Наддув двигателя

12. Давление наддува Р_к устанавливают по индивидуальному заданию. При отсутствии наддува Р_к = Р_о.

13. Температура воздуха на входе в двигатель зависит от давления наддува и охлаждения наддувочного воздуха. Сначала рассчитывают температуру на входе из компрессора:

, (32)

где - степень повышения давления в компрессоре,

к = 1,40 - показатель адиабаты для воздуха,

h_кад = 0,70 ... 0,90 - адиабатный кпд компрессора, зависящий от типа и размеров компрессора..

При малых степенях повышения давления в компрессоре (p_к < 1,5) охлаждение наддувочного воздуха обычно не применяют. При высоких значениях p_к (особенно при p_к > 2) после компрессора устанавливают охладитель, в котором снижается температура наддувочного воздуха, при этом температура на входе ДВС:

, (33)

где s = 0,50 ... 0,80 - степень охлаждения в охладителе, величина s зависит от конструкции и размеров охладителя.

Если s = 1, то охлаждения нет и Т_к = Т¢_к. Теоретически при s = 0 можно охладить воздух до температуры атмосферного воздуха Т_о, что однако практически нереально (при s ® 0 размеры охладителя стремятся к бесконечности).

VІ. Регулировочные данные

14. Угол начала сгорания j_с зависит от угла опережения зажигания Dj_оп в бензиновых ДВС или от угла опережения впрыска топлива в дизельном ДВС.

Для бензиновых ДВС

j_с = 360° - Dj_оп,

где Dj_оп = 10^о ... 25^о - величина, зависящая от быстроходности двигателя, размеров и типа камеры сгорания.

В дизельных ДВС существенную роль играет период задержки воспламенения Dj_і, поэтому

j_с = 360 ^о - Dj_оп + Dj_і,

где Dj_оп = 20 ... 35^о,

Dj_і = 8 ... 12^о - величина, зависящая в основном от сорта топлива (цетанового числа) и условий в цилиндре в конце сжатия (Р_с, Т_с).

15. Угол конца сгорания связан с угловой продолжительностью сгорания Dj_сг, которая определяется в зависимости от типа двигателя:

j_z = j_c + Dj_сг,

где для бензиновых ДВС Dj_сг = 40 ... 60^о,

для дизельных ДВС Dj_сг = 60 ... 100 ^о.

Кроме типа двигателя основными факторами, влияющими на продолжительность сгорания являются: частота вращения вала, размеры цилиндра, турбулентность в заряде.

VІI. Режимные данные

16. Угловая скорость вращения кривошипа определяется по индивидуальному заданию в зависимости от частоты вращения вала n:

w = 2pn/60.

Если расчет ведется при других частотах вращения, отличных от номинального режима, то величины n или w выбирают по смыслу (например, на режиме холостого хода n = n_min).

17. Коэффициент избытка воздуха a на номинальном режиме известен по индивидуальному варианту:

для бензиновых ДВС a = 0,85 ... 0,95,

для дизельных ДВС a = 1,25 ... 2,00.

При расчетах на исследовательских режимах величина a может существенно отличаться от указанных диапазонов.

18. Цикловая подача топлива находится в зависимости от циклового заряда воздуха.

Цикловой массовый заряд воздуха в цилиндре

Dm_вц = V_h × r_к × h_v, (34)

где плотность заряда на входе в цилиндр

или при отсутствии наддува ,

коэффициент наполнения равен

. (35)

В последней формуле

DР_вп = (0,05 ... 0,15)×Р_к - потеря давления на впуске,

DТ = 0 ... 40 К - подогрев заряда на впуске,

причем DТ = 0…20 К для бензиновых ДВС,

DТ = 20…40 К для дизельных ДВС,

= 0…0,1 – коэффициент остаточных газов,

= 700…1100 К – температура остаточных газов.

Подогрева заряда DТ в бензиновых ДВС меньше, чем в дизельных ДВС, так как частоты вращения у них больше и кроме того на подогрев влияет испарение бензина во впускной системе.

Коэффициент остаточных газов g ближе к верхней границе у бензиновых ДВС и ближе к нижней границе у дизельных ДВС. В предельном случае у дизеля с наддувом и хорошей продувкой камеры сжатия удается достичь величины g » 0. Температура остаточных газов Т_г соответственно: у бензиновых ДВС Т_г = 900 ... 1100 К, у дизелей Т_г = 700 ... 900 К, у дизелей с наддувом Т_г =800 ... 1000 К.

Цикловая массовая подача топлива

. (36)

19. Средняя температура стенок T_w зависит от типа двигателя, уровня форсирования, режима работы, материалов основных деталей (поршня, крышки, клапанов, цилиндра). На номинальном режиме работы принимают:

для деталей из стали и чугуна T_w = 550 ... 650 К,

для деталей из алюминиевых сплавов T_w = 420 ... 470 К.

Большие значения относятся к форсированным ДВС с наддувом при малых величинах коэффициента избытка воздуха.

VІII. Начальные условия

К начальным условиям относятся все параметры рабочего тела в начале счета. В данной ФММ начало счета соответствует точке “а” на индикаторной диаграмме, при положении поршня в НМТ и угле поворота кривошипа j = 180°. Начало отсчета угла j соответствует положению поршня в ВМТ.

20. Начальное давление равно

Р_а = Р_к - DР_вп ,

где DР_вп определяется по рекомендациям п.18 настоящего раздела.

21. Начальная температура оценивается с помощью формулы, полученной на основе баланса энергии при впуске:

. (37)

Рекомендации по выбору величин, входящих в формулу, даны ранее в п.18.

22. Начальная масса рабочего тела в цилиндре равна сумме массовых количеств свежего заряда и остаточных газов, следовательно:

m_a = (1 + g)×Dm_вц. (38)

23. Начальный объем цилиндра

.

Начальные параметры должны удовлетворять уравнению состояния, которое является в данном случае контрольным

P_aV_a = Rm_aT_a. (39)

Допустимая погрешность этого уравнения составляет 3 ... 4%.

Если погрешность превышает указанную величину, то значения Р_а, m_a и T_a уточняют, варьируя параметры DР_вп, g, DТ, Т_r.

IX. Данные к динамическому расчету

24. Для выполнения динамического расчета необходимо знать массы поступательно движущихся и вращающихся частей.

Приведенная масса поступательно движущихся частей включает в себя массу поршневого комплекта (поршня, пальца, колец) и часть массы шатуна, отнесенной к оси поршневого пальца:

m_a = [m_п + (0,2 ... 0,3)m_ш] F_п,

где коэффициент (0,2 ... 0,3) представляет часть массы шатуна, отнесенной к оси поршневого пальца.

Величины m_п и m_ш в правой части формулы определяют на основе статистических данных по выполненным конструкциям в табл.2 (в таблице указаны удельные массы, отнесенные к единице площади поршня).

Х. Расчетный шаг равен Dj = 1°.

Таблица 2 - Удельные массы деталей кривошипно-шатунного механизма

Результаты расчета на ПК получают в виде двух протоколов для каждого режима, в одном из них данные теплового расчета, в другом - данные динамического расчета.

Протокол теплового расчета имеет форму по табл. 3.

Протокол теплового расчета содержит запись параметров рабочего тела (давления Р, температуры Т, массы m, объема V) при различных углах поворота кривошипа j, причем следует иметь в виду, что расчет выполнен с шагом интегрирования Dj = 1°, а запись в протоколе сделана с шагом Dj = 10° (в целях сокращения протокола). Расчетный диапазон изменения угла поворота кривошипа j = 180 ... …540°, что соответствует условиям ФММ модели второй модификации для четырехтактного ДВС.

В конце протокола приведены основные цикловые и удельные

показатели:

Таблица 3 - Протокол теплового расчета

Режим 1 (номинальный)

L_i - индикаторная работа цикла, Дж/цикл,

Р_i - среднее индикаторное давление, Па,

h_i - индикаторный кпд,

g_i - удельный индикаторный расход топлива, кг/кВт×час.

Протокол динамического расчета имеет форму по таблице 4.

Таблица 4 - Протокол динамического расчета

Режим 1 (номинальный)

М_ср =

Протокол динамического расчета содержит запись основных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме (на поршень осевой силы Р_п и боковой N, на шатун S, на кривошип тангенциальной силы Т и нормальной К), и крутящего момента М на кривошипе от одного цилиндра.

В отличие от протокола теплового расчета в протоколе 4 результаты записаны в диапазоне изменения угла поворота вала j = 1 ... 720° (полный цикл для четырехтактного ДВС) с шагом записи Dj = 20°.

Крутящий момент на кривошипе от одного цилиндра суммируется и определяется средний крутящий момент М_ср^.

К расчету пускового режима

Пусковой режим возможен двух видов: при холодном двигателе (в этом случае температура стенок равна температуре окружающей среды Т_w = Т_о) и при горячем двигателе (в этом случае температура стенок как на номинальном режиме Т_w или промежуточная между Т_w и Т_о, если двигатель частично охлажден). Пусковой режим отличается также тем, что двигатель работает при минимально устойчивой частоте вращения вала n_min, которая выбирается по рекомендациям, данным в разделе “К расчету скоростных характеристик двигателя”. Коэффициент нагрузки на пусковом режиме K = 0, что соответствует холостому ходу (двигатель в течении нескольких минут прогревается), поэтому другие рекомендации см. в разделе “К расчету нагрузочных характеристик двигателя”.

Оформление курсового проекта

Пояснительная записка к курсовому проекту оформляется на листах стандартного формата (297´210), текст пишут темной пастой на одной стороне листа или компьютерным набором. Все графики выполняются в масштабе на миллиметровой бум