Индикаторные и эффективные показатели двигателя

Среднее индикаторное давление р_i, МПа

(35)

где μ – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, учитывающий отличие действительной диаграммы по сравнению с расчетной.

Для четырьохтактных двигателей μ=0,95…0,98[2]

Принимаем μ=0,95.

Индикаторная мощность двигателя N_i,кВт

, (36)

где τ – тактность двигателя

Средний индикаторный момент М_i, Нм

(37)

Экономичность работы цикла двигателя внутреннего сгорания характеризуется индикаторным к.п.д., который представляет собой отношение тепла, преобразованного в индикаторную работу цикла L_i к теплу, затраченного за цикл топлива Q_m

(38)

Индикаторный к.п.д. двигателя можно определить по формуле, полученной после преобразования

(39)

Удельный индикаторный расход топлива, кг/кВт.ч

(40)

Среднее давление механических потерь, МПа

, (41)

где V_n – средняя скорость поршня м/с

(42)

a_м и b_м – эмпирические коэффициенты, зависящие от соотношения хода поршня к диаметру цилиндра и типа двигателя.

Для карбюраторного двигателя при S/D<1 ам=0,039,bм=0,013

n =5000 частота вращения двигателя, об/мин

Механический к.п.д. двигателя

(43)

Среднее эффективное давление, МПа

(44)

Эффективный к.п.д. двигателя

(45)

Эффективная мощность двигателя N_e, кВт

(46)

Эффективный момент М_е, Нм

(47)

Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт ч

(48)

Часовой расход топлива, кг/час

(49)

После выполнения расчета рабочего процесса двигателя проводим сравнение полученной расчетом эффективной мощности с эффективной мощностью двигателя – прототипа.

Так как Δ=2,7 <5 , то результаты расчета можно считать удовлетворительными.

Результаты расчета индикаторных и эффективных показателей двигателя сводим в таблицу 3

Таблица 3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя.

Параметры	Индикаторные параметры	Эффективные показатели
Мощность,кВт		68,041
Частота вращения,об/мин
Момент, Нм	176,5	130,023
КПД	0,3	0,221
Удеьный рас ход томлива,г/кВт ч	0,22	0,3696
Часовой рас ход томлива кг/ч	25,14

3 ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

К выполнению данного проекта приступают после определения показателей рабочего процесса. Расчеты проводят в следующей последовательности:

2. определение движущихся масс кривошипно-шатунного механизма.

3. определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме и крутящего момента.

Для проведения расчетов необходимо составить схему сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.

3.1Определение масс движущихся частей кривошипно-шатунного механизма.

Масса возвратно-поступательно движущихся частей, кг

m_a=m_п+m_шп; ( 50)

где m_п – масса поршня, кг;

m_шп – масса шатуна, приведенная к поршню, кг.

m_a=0,62+ 0,2856 =0,9056

Масса вращающихся частей m_в, кг

m_в=m_к+m_шк(51)

где m_к – масса кривошипа;

m_к=3,9 кг. кг. [из исходных данных]

m_шк – масса шатуна, приведенная к кривошипу, кг.

m_шк =0,7344 [из исходных данных]

m_в=3,9+0,7344=4,6344

3.2 Определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме и крутящего момента.

Сила от давления газов на поршень Pг, Н

(52)

где р_г =0,085 МПа давление газов в цилиндре,

при угле поворота кривошипа φ=0 град

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс, Н

(53)

где r=0,046 м радиус кривошипа;

Определим силу инерции возвратно-поступательно движущихся масс при угле

поворота кривошипа φ=370 град.

Суммарная сила, действующая на поршень, Н

P_а=P_г + P_j (54)

Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра, Н

P_N=P_а tgβ т (55)

где - угол отклонения шатуна от оси цилиндра φ=0 град.

Сила действующая вдоль шатуна, Н

P_ш= P_а/Cosβ (56)

Радиальная сила, действующая на кривошип, Н

(57)

Центробежная сила действующая на кривошип, P_ц, Н

P_ц= - mв·r·ω² (58)

Полная радиальная сила на кривошипе, Н

P_RΣ = P_R+ P_ц (59)

Тангенциальная сила на одном кривошипе, Н

(60)

Крутящий момент на кривошипе от одного цилиндра, Нм

Μ_к=P_Т·r (61)

Расчет производим на ЭВМ. Результаты расчетов сведены в приложении А в

таблицы

φ,град (1)	р г , МПа (2)	Р г ,кН (3)	Р j,кН (4)	Р a,кН (5)
	0,084	-0,08	-8,56	-8,64
	0,084	-0,08	-8,34	-8,42
	0,084	-0,08	-7,72	-7,79
	0,084	-0,08	-6,72	-6,80
	0,084	-0,08	-5,45	-5,52
	0,084	-0,08	-3,97	-4,04
	0,084	-0,08	-2,41	-2,48
	0,084	-0,08	-0,85	-0,93
	0,084	-0,08	0,60	0,52
	0,084	-0,08	1,87	1,79
	0,084	-0,08	2,92	2,84
	0,084	-0,08	3,72	3,64
	0,084	-0,08	4,28	4,20
	0,084	-0,08	4,62	4,54
	0,084	-0,08	4,80	4,72
	0,084	-0,08	4,85	4,77
	0,084	-0,08	4,85	4,77
	0,084	-0,08	4,82	4,75
	0,084	-0,08	4,81	4,73
	0,084	-0,08	4,82	4,75
	0,086	-0,07	4,85	4,78
	0,089	-0,06	4,85	4,80
	0,093	-0,04	4,80	4,76
	0,1	0,01	4,62	4,61
	0,108	0,03	4,28	4,31
	0,121	0,09	3,72	3,81
	0,137	0,16	2,92	3,08
	0,160	0,27	1,87	2,14
	0,193	0,42	0,59	1,01
	0,241	0,63	-0,86	-0,22
	0,311	0,95	-2,41	-1,46
	0,418	1,44	-3,98	-2,54
	0,583	2,19	-5,45	-3,27
	0,833	3,32	-6,73	-3,41
	1,183	4,91	-7,72	-2,81
	1,555	6,60	-8,34	-1,75
	1,73	7,39	-8,56	-1,17
	6,489	28,98	-8,56	20,43
	6,231	27,81	-8,34	19,47
	4,81	21,37	-7,71	13,66
	3,46	15,24	-6,72	8,52
	2,47	10,76	-5,44	5,32
	1,809	7,75	-3,96	3,79
	1,371	5,76	-2,4	3,36
	1,07	4,43	-0,84	3,59
	0,87	3,52	0,61	4,12
	0,736	2,88	1,88	4,76
	0,636	2,43	2,93	5,35
	0,563	2,1	3,72	5,82
	0,51	1,85	4,28	6,14
	0,471	1,68	4,62	6,30
	0,443	1,55	4,80	6,35
	0,423	1,46	4,85	6,31
	0,409	1,4	4,85	6,25
	0,402	1,36	4,82	6,19
	0,399	1,35	4,81	6,17
	0,118	0,08	4,82	4,90
	0,118	0,08	4,85	4,92
	0,118	0,08	4,85	4,93
	0,118	0,08	4,80	4,87
	0,118	0,08	4,62	4,70
	0,118	0,08	4,27	4,35
	0,118	0,08	3,71	3,79
	0,118	0,08	2,91	2,99
	0,118	0,08	1,86	1,94
	0,118	0,08	0,59	0,66
	0,118	0,08	-0,87	-0,79
	0,118	0,08	-2,42	-2,34
	0,118	0,08	-3,99	-3,91
	0,118	0,08	-5,46	-5,38
	0,118	0,08	-6,74	-6,66
	0,118	0,08	-7,72	-7,65
	0,118	0,08	-8,35	-8,27
	0,118	0,08	-8,56	-8,48

По результатам расчётов строят диаграммы сил, действующих на поршень.

Результаты расчёта сил, что действуют на шатун и кривошип, и момент на кривошипе записуем в таблицу.

φ,град (1)	р г , МПа (2)	Р ш,кН (3)	Р R,кН (4)	Р T,кН (5)	M K,Нм (6)
	0,084	-8,64	-8,64	0,00	0,00
	0,084	-8,43	-8,22	-1,87	-66,3
	0,084	-7,83	-7,07	-3,37	-119,7
	0,084	-6,87	-5,41	-4,24	-150,4
	0,084	-5,62	-3,58	-4,33	-153,6
	0,084	-4,15	-1,92	-3,67	-130,4
	0,084	-2,56	-0,7	-2,46	-87,4
	0,084	-0,96	-0,08	-0,96	-34,1
	0,084	0,54	-0,06	0,54	19,1
	0,084	1,87	-0,52	1,79	63,7
	0,084	2,96	-1,30	2,66	94,3
	0,084	3,77	-2,18	3,08	109,4
	0,084	4,33	-3,01	3,11	110,5
	0,084	4,65	-3,69	2,84	100,7
	0,084	4,79	-4,17	2,37	84,1
	0,084	4,82	-4,47	1,80	63,9
	0,084	4,79	-4,64	1,20	42,5
	0,084	4,75	-4,71	0,60	21,1
	0,084	4,73	-4,73	-0,00	-0,0
	0,084	4,75	-4,72	-0,60	-21,2
	0,086	4,80	-4,65	-1,20	-42,7
	0,089	4,85	-4,49	-1,81	-64,4
	0,093	4,84	-4,21	-2,39	-85,0
	0,100	4,72	-3,74	-2,89	-102,4
	0,108	4,44	-3,09	-3,20	-113,5
	0,121	3,95	-2,28	-3,88	-114,4
	0,137	3,21	-1,40	-2,14	-102,3
	0,160	2,23	-0,62	-1,05	-75,9
	0,193	1,05	-0,11	-1,19	-37,1
	0,241	-0,23	0,02	-0,23	8,2
	0,311	-1,5	-0,420	0,98	51,3
	0,418	-2,6	-1,21	1,45	81,8
	0,583	-3,32	-2,12	2,55	90,7
	0,833	-3,44	-2,71	2,12	75,2
	1,183	-2,83	-2,55	1,21	43,1
	1,555	-1,75	-1,71	0.39	13,7
	1,73	-1,17	-1,17	-0,00	-0,00
	6,489	20,43	20,43	0,02	0,8
	6,231	19,49	19,01	4,33	153,9
	4,811	13,72	12,38	5,92	210,1
	3,46	8,61	6,77	5,31	188,6
	2,47	5,41	3,45	4,17	148,1
	1,809	3,88	1,79	3,44	122,0
	1,371	3,47	0,95	3,33	188,4
	1,077	3,72	0,30	3,7	131,5
	0,877	4,29	-0,45	4,27	151,5
	0,736	4,96	-1,39	4,76	168,9
	0,636	5,57	-2,45	5,00	177,5
	0,563	6,03	-3,49	4,92	174,8
	0,510	6,32	-4,40	4,54	161,3
	0,471	6,45	-5,11	3,93	139,6
	0,443	6,45	-5,61	3,18	113,1
	0,423	6,37	-5,91	2,38	84,4
	0,409	6,27	-6,08	1,57	55,6
	0,402	6,20	-6,15	0,77	27,4
	0,399	6,17	-6,17	-0,01	-0,2
	0,118	4,91	-4,87	-0,62	-22,0
	0,118	4,95	-4,79	-1,24	-44,1
	0,118	4,98	-4,62	-1,87	-66,2
	0,118	4,95	-4,30	-2,44	-87,1
	0,118	4,81	-3,81	-2,94	-104,3
	0,118	4,48	-3,11	-3,23	-114,6
	0,118	3.93	-2,26	-3,21	-114,0
	0,118	3,11	-1,36	-2,80	-99,2
	0,118	2,02	-0,56	-1,94	-68,8
	0,118	0,69	-0,07	-0,69	-24,3
	0,118	-0,82	-0,07	0,82	29,0
	0,118	-2,42	-0,67	2,32	82,4
	0,118	-4,00	-1,86	3,54	125,8
	0,118	-5,47	-3,50	4,21	149,4
	0,118	-6,73	-5,30	4,13	146,8
	0,118	-7,68	-6,94	3,29	116,9
	0,118	-8,28	-8,08	1,82	64,5
	0,118	-8,48	-8,48	-0,02	-0,6

По результатам динамического расчета строется диаграммы сил по углу поворота кривошипа φ в пределах от 0 до 720 град., действующих на поршень, шатун и кривошип, а также момента кривошипа (плакат №4).

По данным изменения индикаторного момента одного цилиндра определяют суммарный индикаторный момент многоцилиндрового двигателя. Для двигателя с равномерным чередованием прочесов период изменения суммарного момента θ,град.

Ө (62)

где - итактность двигателя

z- количество цилиндров

Ө

Силы,действующие на поршень

Силы,дкйствующие на шатун и кривошип

Для определения сумарного идикаторного момента проводится наложение индикаторны моментов одного цилиндра со смещением по углу поворота коленчатого вала и с учетом порядка роботы цилиндров.Просумировав индикаторные моменты от всех цилиндров, получают суммарный индикаторный момент двигателя в зависимости от угла поворота φ коленчатого вала в пределах одного периода Ө.

Расчет производим на ЭВМ. Заносим в таблицу 4.

Таблица 4: Индикаторные моменты многоцилиндрового двигателя.

φ,град
-0,1 0,7 -0,4 0,2   -142 -49,8 149,9 -51,2 -93,1   -256,9 -99,5 226,3 -102 -232,1   -324,1 -148,4 208,5 -151,5 -415,5   -333 -193,5 169,3 -196,9 -554,1   -285,8 -229,9 153,8 -232,7 -594,6   -195,4 -250,6 175,1 -251,8 -522,7   -81,8 -248,2 224,1 -246,3 -352,2   33,5 -216,8 282,8 -209,9 -110,4     -154,6 333,4 -140,3 170,5   201,8 -66,4 363,2 -41,9 456,7   238,7 35,4 366,8 73,5 714,4   244,9 132,4 345,3 187,4     226,6 203,4 304,1 278,3 1012,4   191,8 231,2 249,8 326,1 998,9   147,5 209,1 188,7 318,1 863,4   99,1 147,7 125,4 252,2 624,4   49,5 71,7 62,2 138,7 322,1   -0,1 -0,3 -0,4 -1,4 -2,2

По данным таблицы 4 строим графики зависимости моментов, формируемых на

каждом кривошипе и суммарного момента по углу поворота коленчатого вала в пределах одного периода.

Средняя величина индикаторного момента многоцилиндрового двигателя определяется индикаторной работой периода, отнесенной к углу поворота.

(63)

Эффективный момент двигателя, Нм

М_е=М_i ή_м (64)

Эффективная мощность, кВт

N_e=M_eω10^-3 (65)

гдеω – угловая скорость вала двигателя, рад/с (ω=πn/30)