ВВЕДЕНИЕ

 
 

     Основными задачами при расчете теплового  двигателя является: определение  его основных размеров; определение  сил, действующих на детали КШМ механизма; оценка топливо экономических  показателей  двигателя.

     Для этого производится тепловой расчет, кинематические и динамические показатели, а так же строится скоростная характеристика расчетным способом.

     Расчетным режимом является номинальная мощность и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

 

    

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ  ОБЗОР 

     Двигатель Д-50 Минского тракторного завода представляет собой четырёхтактный четырёхцилиндровый дизель водяного охлаждения с разделённой  камерой сгорания (вихревая камера).

     Цилиндры  двигателя расположены вертикально  в ряд в едином блоке. Головка  блока – общая на все цилиндры. Коленчатый вал – пятиопорный. Коренные и шатунные подшипники изготовлены  из стальной ленты с алюминиевым  сплавом. На каждом поршне имеются три  компрессионных и два маслосъемных хромированных кольца. 

       Расположение клапанов - верхнее, по одному впускному и выпускному клапану на каждый цилиндр.

     Система охлаждения - открытого типа. Охлаждение двигателя с принудительной циркуляцией воды, осуществляемой центробежным насосом. Для регулировки температуры полы в системе охлаждения установлен термостат.

     Система смазки двигателя - комбинированная, с  масляным поддоном. Масло очищается полнопоточной реактивной центрифугой.

     Для очистки воздуха имеется комбинированный  воздухоочиститель, у которого первой ступенью является устройство для сухой инерционной очистки с автоматическим удалением пыли, а второй - масляный пылеуловитель с капроновыми кассетами.

     Очистка топлива осуществляется двумя соединенными последовательно пластинчатыми фильтрами грубой очистки и фильтром тонкой очистки, состоящим из трех сменных элементов из хлопчатобумажной пряжи.

     Регулятор числа оборотов коленчатого вала - всережимный. Запуск двигателя осуществляется электростартером. Для облегчения запуска имеются свечи накаливания и декомпрессионный механизм.

          Муфта сцепления на двигателе  отсутствует.

     Независимый отбор мощности не предусмотрен и с носка коленчатого вала не допускается.

     Двигатель Д-50 рекомендуется устанавливать  на экскаваторы, бульдозеры, погрузчики, самоходные катки, самоходные краны, асфальтоукладчики, распределители строительных материалов, ремонтеры.

     Таблица 1.1 

     Технические характеристики дизелей водяного охлаждения базовых модификаций двигателя  Д-260Т: дизелей Д-50, Д-240, СМД-80 

 

2. Тепловой  расчет двигателя

 

     При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и  определяют основные размеры: диаметр  и ход поршня.

     Исходными данными для расчета являются: Р_е - мощность (номинальная), n_н - частота вращения (номинальная), e - степень сжатия.

     В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям. Причем, следует обратить внимание, что результаты расчета двигателя  значительно зависят от совершенства оценки принятых коэффициентов, учитывающих  особенности проектируемого двигателя. 

     ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ: 

Номинальная мощность: 36,8 кВт

Номинальная частота  вращения: 1600 мин^-1

Число и расположение цилиндров: 4-Р

Степень сжатия: 16

S/D = 1,137

D = 110 мм; S = 125 мм

Рабочий объём: 4,75 л

Скорость поршня: 6,7 м/с

Среднее эффективное  давление при ном. мощности: 0,581 МПа

Минимальный удельный расход топлива: 265 г/кВт*ч

 

 

2.1. Процессы впуска и  выпуска

 

     Зададимся значениями: Т_о; р_о; Т_r ; р_r; DТ; р_а.

     Температура Т_о и давление р_о окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями:

     Т_о=273+25=298 К;   р_о = 0,1 МПа.

     Температура Т_r и давление р_r остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

Для двигателей с газотурбинным наддувом:

р_r=(0,75…0,95)р_к,,

давление  наддувочного воздуха  р_к для существующих двигателей:

     р_к=(1,5…2,2)р_о

     р_к=2·0,1=0,2

     p_r=0,2·0,8=0,16

     Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха a, степени сжатия e, частоты вращения коленчатого вала, нагрузки. Значения Т_r для дизельных двигателей - 600…900 К, выберем Т_r = 600 К.

     DТ - степень подогрева свежего заряда во впускном тракте принимается в следующих пределах:

     для двигателей с наддувом  - 0…10 ; выберем DТ = 10⁰.

     Давление  в конце впуска р_а принимается из следующих соотношений:

     для дизелей с наддувом - р_а= р_к - Dр_а, → р_а = 0,2 – 0,01=0,19 (МПа)

     У двигателя потери давления Dр_а за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах:

     для дизелей с наддувом - (0,03…0,1)р_к;→ Dр_а = (МПа)

     Определяем  величину: g_r (коэффициент остаточных газов), Т_a (температура конца наполнения) и h_v (коэффициент наполнения) по следующим формулам:

                                                        (1.1)

     

       (                                              (1.2)

      (К)

                                                    (1.3)

     

Температура воздуха  за компрессором:

                                                       

             

     В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха a = 1,3 определим массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя:

     М₁ = a l_о /29 кмоль,

     М₁ = 1,8·14,5 /29 = 0,9 (кмоль);

     где: l_o = 14,5 кг. воздуха/кг. топлива – для дизельного двигателя.

     Масса воздуха в кмолях: L_o = l_o/29; L_o = 14,5/29=0,5; (29 –масса 1 кмоль воздуха).

 

2.2. Процесс сжатия

     Определяем  параметры процесса сжатия: n₁; р_с; Т_с; М_с.

     Показатель  политропы сжатия п₁ определяем из соотношения:

     n₁ = 1,41 – 100/n_н                                                   (1.4)

     n₁ = 1,41 – 100/1600=1,35;

     где n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

     Давление  конца сжатия:

                                                               (1.5)

      (МПа)

     Температура конца сжатия:

      .                                                     (1.6)

      (К)

     Масса рабочей смеси в конце сжатия:

      ,                                   (1.7)

      (кмоль)

     Теплоемкость  рабочей смеси в конце сжатия:

     С_v.c=20,16+1,74×10 ^-3Т_с,                              (1.8)

     С_v.c=20,16+1,74×10 ^-3 ·1004,7=22 (кДж/(кмоль град)) 

 

2.3. Процесс сгорания

 

     Определим массу продуктов сгорания в цилиндрах  двигателя: