Выбор формы коленчатого вала 

Шестицилиндровый двигатель. Учитывая будущие размеры двигателя, расположение цилиндров однорядное. Порядок работы двигателя: 1-5-3-6-2-4. Промежутки между вспышками равны 120^о.

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Находим цикловую подачу топлива:

                                                                                     (2.1)

где n и i – частота вращения коленчатого вала (мин^-1) и число цилиндров двигателя; n=2100 мин^-1 и i=6

q_e - эффективный расход топлива, г/(кВт ч); q_e=250 г/(кВт ч);

- коэффициент тактности двигателя, =0,5 - четырехтактный;

N_e – эффективная мощность двигателя; N_e=100 кВт;

ρ_T – плотность топлива, г/мм³; ρ_T=0,85 г/мм³

 мм³/цикл;

Вычисляем плотность заряда на впуске:

                                  кг/м³;                                        (2.2)

где p_н – давление наддува, МПа; p₀=0,1МПа

R_в – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг К); R_в=287 Дж/(кг К)

                               кг/м³;

Находим необходимый объем воздуха:

                                                                                         (2.4)

где =14,5 кг воздуха требуется для сгорания 1 кг топлива

 – коэффициент избытка воздуха, =1,65

 м³

Определяем ориентировочные значения диаметра и хода поршня:

, м                                        (2.5)

            и , м                                              (2.6) 

где  η_v – коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

    η_v =(0.8…0.94) в двигателях без наддува [стр.70 /2/]

    к=0.8 – коэффициент короткоходности [стр.172/1/]  

                                     [м]

Ориентировочное значение хода поршня, м:

                                    , [м]                                                                   

                               [м]

2.1 Процесс впуска

Определяем температуру в конце процесса впуска:

                          , [К]                                   (2.7)

где  Т_к – температура надувочного воздуха, К;

  DТ – подогрев свежего заряда, К;

  g_r – коэффициент остаточных газов;

  Т_r – температура остаточных газов, К,

Принимаем:

Т_о =293 К [стр.19 /3/];

DТ =20 -для дизелей [стр.18 /3/];

Определяем давление в конце впуска:

                           Р_а =(0,85…0,9)· Р_о, [кПа]                             (2.8)

где Р_о– атмосферное давление воздуха, кПа

Принимаем для нормальных условий Р_к =100кПа [стр.14 /3/]

                                          Р_а =0,87·105=91.35 кПа

Процесс сжатия

Определяем давление в конце сжатия:

                                Р_с =Р_а·εⁿ¹, [кПа]                                         (2.9)

где n₁- средний показатель политропы сжатия,

Величину n₁определяем по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения коленвала ω, для дизеля:

                                                                             (2.10)

Р_с =91.35·16,5^1,35=4021.23 [кПа]

Определяем температуру в конце сжатия:

                                         Т_с = Т_а · ε^n1-1 [К]                                     (2.11)

      Т_с = 344.2·16,5 ^1,35-1 =915.57[К]

2.3 Процесс сгорания:

Определяем теоретически необходимое количество воздуха (в молях) на сгорание 1 кг топлива:

                                , [кмоль/кг]                      (2.12)

где С- содержание углерода в топливе;

  Н- содержание водорода в топливе;

  О- содержание кислорода в топливе;

Принимаем состав топлива: С=0,87; Н=0,126; О=0,004;

[кмоль/кг]

Определяем действительное количество воздуха:

                                       L=a·L₀ , [кмоль/кг]                                      (2.13)

где a - коэффициент избытка воздуха.

Для дизелей с наддувом принимаем a=1,65 (стр.31 /3/)

L=1,6·0,4946=0,782 кмоль/кг

Определяем число молей продуктов сгорания 1 кг топлива при a >1:

                                         (2.14)

Определим химический коэффициент молярного изменения:

                                                                            (2.15)  

Находим действительный коэффициент молярного изменения:

                                                                   (2.16)

Определяем  мольную теплоёмкость газов для чистого воздуха в конце сжатия:             m·С^с_n=а+в·Т_с [кДж/кмоль·град]                  

     (2.17)

где а=20,16; в=1,738·10^-3 – постоянные коэффициенты. [стр.10 /4/]

m·С^с_n=20.16+1.738·10^-3 ·915.57=22,59 [кДж/кмоль·град]

Для продуктов сгорания при a >1:

                                             (2.18)

Теплоёмкость при постоянном давлении:

                       m·С^z_р =m·С^z_n +m·R                                     (2.19)

где m·R =8.314- универсальная газовая постоянная [стр.10 /4/]

m·С^z_р =

m·С^z_р =

Температура в конце сгорания Т_z определяется для дизеля из выражения:

                                           (2.20)

где x- коэффициент использования тепла;

  Q_H –низшая удельная теплота сгорания, кДж/кг,

   l- степень повышения давления.

Для дизелей с вихревыми камерами сгорания величина l =1,65 [стр.10/4/],

Для дизелей x= 0,7…0,9[стр.10/4/],

принимаем x=0,86 с учетом обогащения смеси (a =1.67) и несовершенством процесса смесеобразования;

Для дизельных топлив Q_H = 42500 [стр.10/4/].

Решая квадратное уравнение, определяем Т_z.

К

Определяем давление в конце сгорания:

                                                [кПа]                                       (2.21)

                                             кПа

2.4 Процесс расширения:

Определяем степень предварительного расширения:

                                                                (2.22)

Степень последующего расширения:

                                                                                     (2.23)

Давление в конце расширения:

                                                                                                       (2.24)

      где n₂ – показатель политропы расширения, который можно определить по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова для дизельного двигателя:

кПа

Температура в конце расширения:

, [К]    

                     (2.25)

Процесс выхлопа

Давление в конце выхлопа:

Р_r =к_r· Р_о, [кПа]    

                                (2.26)

где к_r=1,1 для двигателей без наддува  ,[стр. 11 /4/]

Р_r =0.8·105=84кПа

3 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ