| Величина | Проектируемый двигатель | |||
| Ne, кВт | 86/4/6000 | |||
| Ме, Н*м | 136,2/6000 | |||
| ε | 10,3 | |||
| Vл, л | 1,9 | |||
| D/S | 88/78 | |||
| Nл = Nе/Vл |
кмоль возд/кг топл.
кмоль возд./кг топл. Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основных режимах (литература 1). На режимах минимальной частоты вращения α = 0,86.Количество горючей смеси.
кмоль гор.см./кг. топл.Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5 
кмольСО/кгтопл.
кмольН2О/кгтопл.
кмольН2/кгтопл.
кмольN2/кгтопл.Общее количество продуктов сгорания: М2 = МСО2 + МСО + МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79αL0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.Результаты занесем в таблицу | параметры | Рабочее тело; карбюраторный двигатель | |||
| n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
| α | 0,86 | 0,96 | 0,96 | 0,96 |
| М1 кмоль. гор.см./кг.топл. | 0,4525 | 0,5041 | 0,5041 | 0,5041 |
| МСО2 кмоль СО2/кг.топл. | 0,0512 | 0,0655 | 0,0655 | 0,0655 |
| МСО кмоль СО/кг.топл. | 0,0200 | 0,0057 | 0,0057 | 0,0057 |
| МН2О кмоль Н2О/кг.топл. | 0,0625 | 0,0696 | 0,0696 | 0,0696 |
| МН2 кмоль Н2/кг.топл. | 0,0100 | 0,0029 | 0,0029 | 0,0029 |
| МN2 кмоль N2/кг.топл. | 0,3515 | 0,3923 | 0,3923 | 0,3923 |
| М2 кмоль пр.сг/кг.топл. | 0,4952 | 0,5361 | 0,5361 | |
| параметры | Процесс впуска и газообмена | |||
| n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
| α | 0,86 | 0,96 | 0,96 | 0,96 |
| Тr , K | 900 | 1010 | 1070 | 1080 |
| Pr , Mpa | 0,1039 | 0,1076 | 0,118 | 0,1195 |
| ΔT , єC | 22,29 | 16 | 8 | 7,14 |
| ΔPa , Mpa | 0,0004 | 0,0043 | 0,0150 | 0,0166 |
| Pa , Mpa | 0,0996 | 0,0957 | 0,085 | 0,0834 |
| φ , доз | 0,95 | 1,025 | 1,12 | 1,13 |
| γ | 0,0418 | 0,0365 | 0,0385 | 0,0390 |
| Та , К | 339 | 334 | 329 | 329 |
| ηv | 0,8699 | 0,9207 | 0,9255 | 0,8939 |
20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град). б) остаточных газов 
определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1 , α = 0,96 и tc = 519 єС. (m
)
= 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град). (m)
= 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град). (m
= 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град). в) рабочей смеси 
кДж/(кмоль град). (m
) = 
кДж/(кмоль град). Результаты вычислений заносим в таблицу. | параметры | Процесс сжатия | |||
| n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
| к1 | 1,3751 | 1,3757 | 1,3766 | |
| n 1 | 1,370 | 1,373 | 1,376 | 1,376 |
| Рс , МПа | 2,4309 | 2,3532 | 2,1036 | 2,0655 |
| Тс , єК | 803 | 796 | 792 | 792 |
| tc , єС | 530 | 523 | 519 | 519 |
| (m. cv)to | 21,998 | 21,980 | 21,969 | 21,968 |
 (m)to | 24,169 | 24,141 | 24,122 | 24,121 |
| (m)to | 22,085 | 22,056 | 22,049 | 22,049 |
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси: 
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания: ΔНu = 119950*(1-α)*L0 кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг. Теплота сгорания рабочей смеси: Нраб.см. = 
кДж/кмоль раб.см. Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания: (m)= 
кДж/кмоль град. Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1. (m)
= 
*[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz] кДж/кмоль град. Коэффициент использования теплоты ξz принимаем = 0,88: (1) Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин ξz Нраб.см + (m
) tc = μ(m)tz : 0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz, 0,002204
+26,165 tz– 81132 = 0, откуда tz = 
= 2552 єС; Tz = tz + 273 = 2825 К; Максимальное давление сгорания теоретическое: pz = pc*μ* Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа. Максимальное давление сгорания действительное: Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа. Степень повышения давления: λ = pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.| параметры | Процесс сгорания | |||
| n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
| μ0 | 1,0945 | 1,0635 | 1,0635 | 1,0635 |
| μ | 1,0907 | 1,0613 | 1,0612 | 1,0611 |
| ΔН , кДж/кг | 8665 | 2476 | 2476 | 2476 |
| Нраб.см.кДж/кмоль | 74813 | 79348 | 79193 | 79155 |
(m) | 24,2982+ 0,002034tz | 24,6566+ 0,002077tz | 24,6566+ 0,002077tz | 24,6566+ 0,002077tz |
| ξz | 0,83 | 0,92 | 0,88 | 0,86 |
| tz , єС | 2330 | 2643 | 2552 | 2509 |
| Tz , єК | 2603 | 2916 | 2825 | 2782 |
| Pz , МПа | 8,5967 | 9,1438 | 7,9635 | 7,7011 |
| Pzд , МПа | 7,3072 | 7,7722 | 6,7689 | 6,5459 |
| λ | 3,5364 | 3,8857 | 3,7856 | 3,7285 |
К; Δ Тr = 
, Где Δ Тr – погрешность расчета - 4,6 % допустимая погрешность. | параметры | Процесс расширения и выпуска. | |||
| n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
| К2 | 1,2588 | 1,2519 | 1,2529 | 1,2531 |
| n2 | 1,258 | 1,251 | 1,252 | 1,253 |
| Рв , МПа | 0,4573 | 0,4944 | 0,4296 | 0,4144 |
| Тв , К | 1426 | 1624 | 1570 | 1542 |
| Тr , K | 871 | 977 | 1021 | 1019 |
| Δ Тr , % | 3,25 | 3,24 | 4,60 | 5,64 |
МПа. 
МПа. Среднее индикаторное давление: pi = φu* Рj, = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа. Где φu = 0,96 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы. Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива: 
г/кВт. Ч Эффективные показатели двигателя. Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1. Pм = 0,034 + 0,0113* Vп.ср МПа. Для нашего карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значение средней скорости поршня: 
м/с. Тогда: Pм = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа. Среднее эффективное давление и механический КПД: Ре = Рj - Рм = 1,1124 – 0,2103 = 0,9021 МПа. ηм = 
. Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива: ηе = ηj * ηм = 0,3388 * 0,811 = 0,2748 gе = 
г/кВт.ч. | параметры | Индикаторные и эффективные параметры двигателя. | |||
| n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
| Рj, , МПа | 1,2115 | 1,3415 | 1,1588 | 1,1138 |
| Рj , МПа | 1,1630 | 1,2879 | 1,1124 | 1,0693 |
| ηj | 0,3292 | 0,3845 | 0,3388 | 0,3288 |
| gj , г/кВт.ч | 249 | 213 | 242 | 249 |
| Vп.ср , м/с | 2,6 | 8,32 | 15,6 | 16,38 |
| Рм , МПа | 0,0634 | 0,1280 | 0,2103 | 0,2191 |
| Ре , МПа | 1,0997 | 1,1599 | 0,9021 | 0,8502 |
| ηм | 0,9455 | 0,9006 | 0,811 | 0,7951 |
| ηе | 0,3113 | 0,3463 | 0,2748 | 0,2614 |
| gе , г/кВт.ч | 263 | 237 | 298 | 313 |
bukvasha.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА.
КАФЕДРА АД и С
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
«Тепловой расчет ДВС»
по дисциплине «Автомобильные двигатели»
Выполнил: студент гр. 1372
Маркин А.В.
Руководитель:
Березовский А.Б.
Казань 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ.
1. Выбор расчетных режимов. 3
2. Топливо. 4
3. Параметры рабочего тела. 4
4. Параметры окружающей среды и остаточные газы. 5
5. Процесс пуска. 5
6. Процесс сжатия. 7
7. Процесс сгорания. 8
8. Процесс расширения. 10
9. Процесс выпуска. 10
10. Индикаторные параметры рабочего цикла. 11
11. Эффективность параметров двигателя. 11
12. Основные параметры цилиндров и двигателей. 12
13. Построение внешней скоростной характеристики (график). 18-19
14. Построение расчетной индикаторной диаграммы (график). 20
15. Скругление расчетной индикаторной диаграммы (график). 20
16. Список используемой литературы. 21
Исходные данные.
1. Мощность двигателя, Ne = 87 кВт;
2. Частота вращения коленчатого вала, nN = 6000 об/мин;
3. Тактность двигателя, τ = 4;
4. Количество цилиндров, i = 4;
5. Степень сжатия, ε = 10,3;
6. Тип охлаждения – жидкостное.
Режимы для проведения теплового расчета:
а) режим минимальной частоты вращения nmin = 1000об./мин.
б) режим максимального крутящего момента nM =0,53nN = 3200 об./мин.
в) режим максимальной (номинальной) мощности nN = 6000об./мин.
г) режим максимальной скорости движения автомобиля
nmax = 1.05nN = 6300 об./мин.
Подбор аналогов
Величина | Проектируемый двигатель |
Ne, кВт | 86/4/6000 |
Ме, Н*м | 136,2/6000 |
ε | 10,3 |
Vл, л | 1,9 |
D/S | 88/78 |
Nл = Nе/Vл | 45,1 |
Тепловой расчет двигателя
Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина
С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115 кг/кмоль.
Определим низшую теплоту сгорания топлива
Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.
Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива
кмоль возд/кг топл.
кмоль
возд./кг топл.
Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основных режимах
(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения α = 0,86.
Количество горючей смеси.
кмоль гор.см./кг. топл.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5
кмольСО2/кгтопл.
кмольСО/кгтопл.
кмольН2О/кгтопл.
кмольН2/кгтопл.
кмольN2/кгтопл.
Общее количество продуктов сгорания:
М2 = МСО2 + МСО + МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79αL0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.
Результаты занесем в таблицу
параметры | Рабочее тело; карбюраторный двигатель | |||
n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
α | 0,86 | 0,96 | 0,96 | 0,96 |
М1 кмоль. гор.см./кг.топл. | 0,4525 | 0,5041 | 0,5041 | 0,5041 |
МСО2 кмоль СО2/кг.топл. | 0,0512 | 0,0655 | 0,0655 | 0,0655 |
МСО кмоль СО/кг.топл. | 0,0200 | 0,0057 | 0,0057 | 0,0057 |
МН2О кмоль Н2О/кг.топл. | 0,0625 | 0,0696 | 0,0696 | 0,0696 |
МН2 кмоль Н2/кг.топл. | 0,0100 | 0,0029 | 0,0029 | 0,0029 |
МN2 кмоль N2/кг.топл. | 0,3515 | 0,3923 | 0,3923 | 0,3923 |
М2 кмоль пр.сг/кг.топл. | 0,4952 | 0,5361 | 0,5361 | 0,5361 |
Параметры окружающей среды и остаточные газы.
Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува
Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К
Температура остаточных газов.
(рис. 5.1 литература 1 принимаем).
При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К
Давление остаточных газов.
Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:
PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.
Процесс пуска.
Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ ТN = 8єС. (1)
Плотность заряда на выпуске.
Ρr = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) = 1,189 кг / м3,
где RB – 287 Дж / (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха.(1)
Потери давления на впуске.
При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β2 + ξВП = 2,8 и
ωВП = 95 м/с.
β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.
ξВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.
ωВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы. (1)
Тогда ΔРа на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:
ΔРа = (β2 + ξвп) А2nn2ρо10-6/2, где Аn = ωвп / nN
Аn = 95 / 6000 = 0,0158
ΔРа = 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 = 0,0150
Давление в конце пуска.
В карбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.
Ра = Ро – ΔРа = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.
Коэффициент остаточных газов.
При nN = 6000 мин-1.
φоч = 1 – коэффициент очистки.
φдоз = 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.
Температура в конце впуска.
Та = (То + ΔТ + γr * Tr) / (1 + γr) = (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329
Коэффициент наполнения.
Результаты вычислений занесем в таблицу.
параметры | Процесс впуска и газообмена | |||
n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
α | 0,86 | 0,96 | 0,96 | 0,96 |
Тr, K | 900 | 1010 | 1070 | 1080 |
Pr, Mpa | 0,1039 | 0,1076 | 0,118 | 0,1195 |
ΔT, єC | 22,29 | 16 | 8 | 7,14 |
ΔPa, Mpa | 0,0004 | 0,0043 | 0,0150 | 0,0166 |
Pa, Mpa | 0,0996 | 0,0957 | 0,085 | 0,0834 |
φ, доз | 0,95 | 1,025 | 1,12 | 1,13 |
γ | 0,0418 | 0,0365 | 0,0385 | 0,0390 |
Та, К | 339 | 334 | 329 | 329 |
ηv | 0,8699 | 0,9207 | 0,9255 | 0,8939 |
Процесс сжатия.
При ε = 10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37. (1)
Давление в колнце сжатия.
При nN = 6000 мин-1
Рс = Раεn = 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.
Температура в конце сжатия.
Тс = Таεn-1 = 329*10,31,376-1 = 792 К.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.
а) свежей смеси (воздуха)
20,6 + 2,638 * 10-3 * tc, где tc = Тс — 273 єС
20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).
б) остаточных газов
определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1, α = 0,96 и tc = 519 єС.
(1)
(m)= 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).
(m)= 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).
(m)= 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).
в) рабочей смеси
кДж/(кмоль град).
(m)= кДж/(кмоль град).
Результаты вычислений заносим в таблицу.
параметры | Процесс сжатия | |||
n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
к1 | 1,3751 | 1,3757 | 1,3765 | 1,3766 |
n 1 | 1,370 | 1,373 | 1,376 | 1,376 |
Рс, МПа | 2,4309 | 2,3532 | 2,1036 | 2,0655 |
Тс, єК | 803 | 796 | 792 | 792 |
tc, єС | 530 | 523 | 519 | 519 |
(m. cv)to | 21,998 | 21,980 | 21,969 | 21,968 |
(m)to | 24,169 | 24,141 | 24,122 | 24,121 |
(m)to | 22,085 | 22,056 | 22,049 | 22,049 |
Процесс сгорания.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:
ΔНu = 119950*(1-α)*L0 кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.
Теплота сгорания рабочей смеси:
Нраб.см. = кДж/кмоль раб.см.
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:
(m)=
кДж/кмоль град.
Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.
(m)= *[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz] кДж/кмоль град.
Коэффициент использования теплоты ξz принимаем = 0,88:
(1)
Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин
ξz Нраб.см + (m)tc = μ(m)tz :
0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,
0,002204+26,165 tz – 81132 = 0, откуда
tz =
= 2552 єС;
Tz = tz + 273 = 2825 К;
Максимальное давление сгорания теоретическое:
pz = pc*μ* Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.
Максимальное давление сгорания действительное:
Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.
Степень повышения давления:
λ = pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.
параметры | Процесс сгорания | |||
n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
μ0 | 1,0945 | 1,0635 | 1,0635 | 1,0635 |
μ | 1,0907 | 1,0613 | 1,0612 | 1,0611 |
ΔН, кДж/кг | 8665 | 2476 | 2476 | 2476 |
Нраб.см.кДж/кмоль | 74813 | 79348 | 79193 | 79155 |
(m) | 24,2982+ 0,002034tz | 24,6566+ 0,002077tz | 24,6566+ 0,002077tz | 24,6566+ 0,002077tz |
ξz | 0,83 | 0,92 | 0,88 | 0,86 |
tz, єС | 2330 | 2643 | 2552 | 2509 |
Tz, єК | 2603 | 2916 | 2825 | 2782 |
Pz, МПа | 8,5967 | 9,1438 | 7,9635 | 7,7011 |
Pzд, МПа | 7,3072 | 7,7722 | 6,7689 | 6,5459 |
λ | 3,5364 | 3,8857 | 3,7856 | 3,7285 |
Процессы расширения и выпуска.
Средний показатель адиабаты расширения К2 определяется по номограмме рис. 4.8 при заданном ε для соответствующих значений α и Tz, а средний показатель политропы расширения n2, оценивается по величине среднего показателя адиабаты:
ε = 10,3; α = 0,96; Tz = 2825 К; К2 = 1,2528; n2 = 1,252.
Давление и температура в конце процесса расширения:
Рв = Pz/ εn2 и Тв = Tz/ εn2-1:
Рв = 7,9635/10,31,252 = 0,4296 МПа, Тв = 2825/10,31,252-1 = 1570 К;
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
К;
Δ Тr = ,
Где Δ Тr – погрешность расчета — 4,6 % допустимая погрешность.
параметры | Процесс расширения и выпуска. | |||
n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
К2 | 1,2588 | 1,2519 | 1,2529 | 1,2531 |
n2 | 1,258 | 1,251 | 1,252 | 1,253 |
Рв, МПа | 0,4573 | 0,4944 | 0,4296 | 0,4144 |
Тв, К | 1426 | 1624 | 1570 | 1542 |
Тr, K | 871 | 977 | 1021 | 1019 |
Δ Тr, % | 3,25 | 3,24 | 4,60 | 5,64 |
Индикаторные параметры рабочего цикла.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
МПа.
МПа.
Среднее индикаторное давление:
pi = φu* Рj, = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа.
Где φu = 0,96 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:
г/кВт. Ч
Эффективные показатели двигателя.
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1.
Pм = 0,034 + 0,0113* Vп.ср МПа.
Для нашего карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значение средней скорости поршня:
м/с.
Тогда: Pм = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа.
Среднее эффективное давление и механический КПД:
Ре = Рj — Рм = 1,1124 – 0,2103 = 0,9021 МПа.
ηм = .
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
ηе = ηj * ηм = 0,3388 * 0,811 = 0,2748
gе = г/кВт.ч.
параметры | Индикаторные и эффективные параметры двигателя. | |||
n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
Рj,, МПа | 1,2115 | 1,3415 | 1,1588 | 1,1138 |
Рj, МПа | 1,1630 | 1,2879 | 1,1124 | 1,0693 |
ηj | 0,3292 | 0,3845 | 0,3388 | 0,3288 |
gj, г/кВт.ч | 249 | 213 | 242 | 249 |
Vп.ср, м/с | 2,6 | 8,32 | 15,6 | 16,38 |
Рм, МПа | 0,0634 | 0,1280 | 0,2103 | 0,2191 |
Ре, МПа | 1,0997 | 1,1599 | 0,9021 | 0,8502 |
ηм | 0,9455 | 0,9006 | 0,811 | 0,7951 |
ηе | 0,3113 | 0,3463 | 0,2748 | 0,2614 |
gе, г/кВт.ч | 263 | 237 | 298 | 313 |
Основные параметры двигателя.
Литраж двигателя:
дм3.
Рабочий объем одного цилиндра:
дм3.
Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S = 78 мм, то:
мм.
Окончательно принимается D = 88 мм, S = 78 мм.
Площадь поршня:
дм.
Литраж двигателя:
дм3..
Мощность двигателя:
Nе = кВт.
Литровая мощность двигателя:
Nл = кВт/л.
Крутящий момент:
Ме = Н*М.
Часовой расход топлива:
GT = Nе * gе * 10-3 = 86 * 298* 10-3 = 25,5 кг/ч.
параметры | Основные параметры и показатели двигателя. | |||
n, мин-1 | 1000 | 3200 | 6000 | 6300 |
Fп, дм2 | 0,61 1,9 45,1 | |||
Vл, л | ||||
Nл, кВт/л | ||||
Nе, кВт | 17,38 | 58,66 | 86 | 84,66 |
Ме, Н*М | 166,06 | 175,15 | 136,23 | 128,39 |
GT, кг/ч | 4,57 | 13,88 | 25,51 | 26,53 |
Построение индикаторных диаграмм.
Определяем объем камеры сгорания:
Vc = дм3.
Находим полный объем цилиндра:
Vа = Vc + Vh = 0,05 + 0,4822 = 0,534
Рассчитанные точки:
ВМТ: Pr = 0,118 Mpa; Рс = 2,1036 МПа; Pz = 7,9635 МПа.
НМТ: Ра = 0,085 Mpa; Рв = 0,4296 МПа.
Задаваясь различными углами φ поворота коленчатого вала, определяем положение поршня по формуле:
х =
Задаем λ = 0,285
Затем при этих углах φ находим текущий объем над поршневого пространства:
Vх = Vc + хFп.
Определяем давление на линии сжатия и расширения при выбранных углах поворота коленчатого вала:
;
;
Результаты расчета приведены в таблице № 1.
Таблица № 1.
№ | φє | х, дм. | Vх, дм3 | ||
1 | 0,05185 | 0,118/0,085 | 0,1015 | ||
2 | 10 | 0,0076 | 0,056486468 | 0,085 | 0,093 |
3 | 20 | 0,03002 | 0,07016276 | 0,085 | 0,085 |
4 | 30 | 0,06614 | 0,092197744 | 0,085 | 0,085 |
5 | 40 | 0,1142 | 0,121515 | 0,085 | 0,085 |
6 | 50 | 0,17192 | 0,156724604 | 0,085 | 0,085 |
7 | 60 | 0,23668 | 0,196225563 | 0,085 | 0,085 |
8 | 70 | 0,30568 | 0,238318523 | 0,085 | 0,085 |
9 | 80 | 0,37617 | 0,281317616 | 0,085 | 0,085 |
10 | 90 | 0,44557 | 0,32365075 | 0,085 | 0,085 |
11 | 100 | 0,51162 | 0,363939419 | 0,085 | 0,085 |
12 | 110 | 0,57246 | 0,401051708 | 0,085 | 0,085 |
13 | 120 | 0,62668 | 0,434125563 | 0,085 | 0,085 |
14 | 130 | 0,67329 | 0,462562949 | 0,085 | 0,085 |
15 | 140 | 0,71171 | 0,485998946 | 0,085 | 0,085 |
16 | 150 | 0,74164 | 0,504252631 | 0,085 | 0,085 |
17 | 160 | 0,76289 | 0,517268509 | 0,085 | 0,085 |
18 | 170 | 0,77575 | 0,525057997 | 0,085 | 0,085 |
19 | 180 | 0,78 | 0,52765 | 0,085/0,4296 | 0,085 |
20 | 190 | 0,77575 | 0,525057997 | 0,087011 | 0,087011 |
21 | 200 | 0,76298 | 0,517268509 | 0,08882 | 0,08882 |
22 | 210 | 0,74164 | 0,504252631 | 0,091989 | 0,091989 |
23 | 220 | 0,71171 | 0,485998946 | 0,096777 | 0,096777 |
24 | 230 | 0,67329 | 0,462562949 | 0,103587 | 0,103587 |
25 | 240 | 0,62668 | 0,434125563 | 0,113038 | 0,113038 |
26 | 250 | 0,57246 | 0,401051708 | 0,12606 | 0,12606 |
27 | 260 | 0,51162 | 0,363939419 | 0,144081 | 0,144081 |
28 | 270 | 0,44557 | 0,32365075 | 0,169323 | 0,169323 |
29 | 280 | 0,37617 | 0,281317616 | 0,205346 | 0,205346 |
30 | 290 | 0,30568 | 0,238318523 | 0,257996 | 0,257996 |
31 | 300 | 0,23668 | 0,196225563 | 0,337093 | 0,337093 |
32 | 310 | 0,17192 | 0,156724604 | 0,459275 | 0,459275 |
33 | 320 | 0,1142 | 0,121515 | 0,651825 | 0,651825 |
34 | 330 | 0,06614 | 0,092197744 | 0,953074 | 0,953074 |
35 | 340 | 0,03002 | 0,07016276 | 1,387839 | 1,387839 |
36 | 350 | 0,0076 | 0,056486468 | 1,870278 | 1,965 |
37 | 360 | 0,05185 | 2,1042/7,964 | 2,5243 | |
38 | 370 | 0,0076 | 0,056486468 | 7,154373 | 6,769 |
39 | 380 | 0,03002 | 0,07016276 | 5,453565 | 5,453565 |
40 | 390 | 0,06614 | 0,092197744 | 3,874148 | 3,874148 |
41 | 400 | 0,1142 | 0,121515 | 2,741886 | 2,741886 |
42 | 410 | 0,17192 | 0,156724604 | 1,993858 | 1,993858 |
43 | 420 | 0,23668 | 0,196225563 | 1,50479 | 1,50479 |
44 | 430 | 0,30568 | 0,238318523 | 1,179789 | 1,179789 |
45 | 440 | 0,37617 | 0,281317616 | 0,958543 | 0,958543 |
46 | 450 | 0,44557 | 0,32365075 | 0,804248 | 0,804248 |
47 | 460 | 0,51162 | 0,363939419 | 0,694381 | 0,694381 |
48 | 470 | 0,57246 | 0,401051708 | 0,614892 | 0,614892 |
49 | 480 | 0,62668 | 0,434125563 | 0,556816 | 0,556816 |
50 | 490 | 0,67329 | 0,462562949 | 0,514295 | 0,501 |
51 | 500 | 0,71171 | 0,485998946 | 0,483436 | 0,473 |
52 | 510 | 0,74164 | 0,504252631 | 0,461626 | 0,427 |
53 | 520 | 0,76298 | 0,517268509 | 0,44713 | 0,395 |
54 | 530 | 0,77575 | 0,525057997 | 0,43884 | 0,360 |
55 | 540 | 0,78 | 0,52765 | 0,436143 | 0,3349 |
56 | 550 | 0,77575 | 0,525057997 | 0,118 | 0,297 |
57 | 560 | 0,76298 | 0,517268509 | 0,118 | 0,252 |
58 | 570 | 0,74164 | 0,504252631 | 0,118 | 0,215 |
59 | 580 | 0,71171 | 0,485998946 | 0,118 | 0,185 |
60 | 590 | 0,67329 | 0,462562949 | 0,118 | 0,146 |
61 | 600 | 0,62668 | 0,434125563 | 0,118 | 0,118 |
62 | 610 | 0,57246 | 0,401051708 | 0,118 | 0,118 |
63 | 620 | 0,51162 | 0,363939419 | 0,118 | 0,118 |
64 | 630 | 0,44557 | 0,32365075 | 0,118 | 0,118 |
65 | 640 | 0,37617 | 0,281317616 | 0,118 | 0,118 |
66 | 650 | 0,30568 | 0,238318523 | 0,118 | 0,118 |
67 | 660 | 0,23668 | 0,196225563 | 0,118 | 0,118 |
68 | 670 | 0,17192 | 0,156724604 | 0,118 | 0,118 |
69 | 680 | 0,1142 | 0,121515 | 0,118 | 0,118 |
70 | 690 | 0,06614 | 0,092197744 | 0,118 | 0,118 |
71 | 700 | 0,03002 | 0,07016276 | 0,118 | 0,118 |
72 | 710 | 0,0076 | 0,056486468 | 0,118 | 0,1098 |
73 | 720 | 0,05185 | 0,118/0,085 | 0,1015 |
Скругление индикаторной диаграммы.
Учитывая быстроходность рассчитываемого двигателя, устанавливаем следующие фазы газораспределения:
Начало ( точка r,) — 20є до ВМТ; окончание (точка а,,) — 60є после НМТ.
Начало ( точка b,) — 60є до НМТ; окончание (точка а,) — 20є после ВМТ.
Угол опережения зажигания принимаем 30є (точка с,), продолжительность периода задержки воспламенения – Δφ = 10є, отсюда 30 – 10 = 20є( точка f)
Полоңение точки с,, определяем из выражения:
РС,, = (1,15...1,25)рс = 1,2*2,1036 = 2,5243 МПа.
Действительное давление сгорания:
Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,9635 = 6,769 МПа.
Принято считать, что это давление достигает через 10є после ВМТ.
Нарастание давления от точки с,, до точки z составит Δр/Δφ = 0,417, что означает плавную работу двигателя.
Результаты расчета положения характерных точек приведены в таблице № 2.
Таблица № 2
Обозначение | Положение | φє | х, дм. | Vх, дм3 | |
r | 20єдо ВМТ | 700 | 0,03002 | 0,064158576 | 0,118 |
r | 20є после ВМТ | 20 | 0,03002 | 0,064158576 | 0,085 |
a | 60є после НМТ | 240 | 0,62668 | 0,434125563 | 0,113038 |
f | 30єдо ВМТ | 330 | 0,06614 | 0,078968975 | 1,179456 |
c | 20єдо ВМТ | 340 | 0,03002 | 0,064158576 | 1,569637 |
r | ВМТ | 360 | 0,05185 | 0,1015 | |
c | ВМТ | 360 | 0,05185 | 2,5243 | |
zд | 10є после ВМТ | 370 | 0,0076 | 0,054966315 | 6,769 |
b | 60єдо НМТ | 480 | 0,62668 | 0,434125563 | 0,556816 |
b’’ | НМТ | 540 | 0,78 | 0,52765 | 0,334927 |
Список используемой литературы.
1. А.И. Колчин, В.П. Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» М.: Высшая школа, 2002 год.
www.ronl.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА.
КАФЕДРА АД и С
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
«Тепловой расчет ДВС»
по дисциплине «Автомобильные двигатели»
Выполнил: студент гр. 1371 Золев А.В.
Руководитель: Сосницкий А.Б.
Казань 2007
Содержание
Исходные данные. 3
1. Тепловой расчет двигателя. 4
2. Основные параметры двигателя. 15
3. Построение индикаторныхдиаграмм. 17
Список используемой литературы… 21
Исходные данные1. Мощностьдвигателя, Ne = 87 кВт;
2. Частотавращения коленчатого вала, nN = 6000 об/мин;
3. Тактностьдвигателя, τ = 4;
4. Количествоцилиндров, i = 4;
5. Степеньсжатия, ε = 10,3;
6. Типохлаждения – жидкостное.
Режимы для проведения теплового расчета:
а) режим минимальной частоты вращения nmin= 1000об./мин.
б) режим максимального крутящего момента nM=0,53nN = 3200 об./мин.
в) режим максимальной (номинальной) мощности nN = 6000об./мин.
г) режим максимальной скорости движения автомобиля
nmax = 1.05nN = 6300 об./мин.
Подбор аналогов
ВеличинаПроектируемый
двигатель
Ne, кВт 86/4/6000 Ме, Н*м 136,2/6000 ε 10,3Vл, л
1,9 D/S 88/78Nл = Nе/Vл
45,11. Тепловой расчет двигателя
Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатоговала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданной степеньюсжатия ε = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина
С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115кг/кмоль.
Определим низшую теплоту сгорания топлива
Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг =43930кДж/кг.
Параметры рабочего тела. Теоретическоенеобходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива
/>кмоль возд/кг топл.
/>кмоль
возд./кг топл.
Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основныхрежимах
(литература 1). На режимах минимальной частоты вращенияα = 0,86.
Количество горючей смеси.
/> кмоль гор.см./кг. топл.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К= 0,5
/>
кмольСО2/кгтопл.
/> кмольСО/кгтопл.
/>кмольН2О/кгтопл.
/>
кмольН2/кгтопл.
/> кмольN2/кгтопл.
Общее количество продуктов сгорания:
М2 = МСО2 + МСО +МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79αL0= 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 =0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.
Результаты занесем в таблицу
параметры Рабочее тело; карбюраторный двигательn, мин-1
1000 3200 6000 6300 α 0,86 0,96 0,96 0,96М1 кмоль. гор.см./кг.топл.
0,4525 0,5041 0,5041 0,5041МСО2 кмоль СО2/кг.топл.
0,0512 0,0655 0,0655 0,0655МСО кмоль СО/кг.топл.
0,0200 0,0057 0,0057 0,0057МН2О кмоль Н2О/кг.топл.
0,0625 0,0696 0,0696 0,0696МН2 кмоль Н2/кг.топл.
0,0100 0,0029 0,0029 0,0029МN2 кмоль N2/кг.топл.
0,3515 0,3923 0,3923 0,3923М2 кмоль пр.сг/кг.топл.
0,4952 0,5361 0,5361 0,5361
Параметрыокружающей среды и остаточные газы.
Давление итемпература окружающей среды при работе двигателей без наддува
Рк = Ро =0,1 МПа и Тк = То = 293 К
Температураостаточных газов.
(рис. 5.1литература 1 принимаем).
Приноминальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К
Давлениеостаточных газов.
Длякарбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:
PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.
Процесспуска.
Температураподогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторныхдвигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ ТN = 8ºС.
(1)
Плотностьзаряда на выпуске.
Ρr = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) =1,189 кг / м3,
где RB – 287 Дж / (кг.град.) – удельнаягазовая постоянная для воздуха.
(1)
Потери давления на впуске.
Приучете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем длякарбюраторного двигателя можно принять β2 + ξВП= 2,8 и
ωВП= 95 м/с.
β– коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечениицилиндра.
ξВП– коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому еесечению.
ωВП– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.
(1)
ТогдаΔРа на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается поформуле:
ΔРа= (β2 + ξвп) А2nn2ρо10-6/2, где Аn = ωвп<sub/>/ nN
Аn = 95 / 6000 = 0,0158
ΔРа= 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 =0,0150
Давлениев конце пуска.
Вкарбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.
Ра= Ро – ΔРа = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.
Коэффициентостаточных газов.
При nN = 6000 мин-1.
/>
φоч= 1 – коэффициент очистки.
φдоз= 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.
Температурав конце впуска.
Та= (То + ΔТ + γr * Tr) / (1 + γr)= (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329
Коэффициентнаполнения.
/>
Результатывычислений занесем в таблицу.
параметры Процесс впуска и газообменаn, мин-1
1000 3200 6000 6300 α 0,86 0,96 0,96 0,96Тr, K
900 1010 1070 1080Pr, Mpa
0,1039 0,1076 0,118 0,1195 ΔT, ºC 22,29 16 8 7,14 ΔPa, Mpa 0,0004 0,0043 0,0150 0,0166 Pa, Mpa 0,0996 0,0957 0,085 0,0834 φ, доз 0,95 1,025 1,12 1,13 γ 0,0418 0,0365 0,0385 0,0390 Та, К 339 334 329 329ηv
0,8699 0,9207 0,9255 0,8939
Процесссжатия.
При ε =10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показательадиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.
(1)
Давлениев колнце сжатия.
При nN = 6000 мин-1
Рс= Раεn= 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.
Температурав конце сжатия.
Тс= Таεn-1 =329*10,31,376-1 = 792 К.
Средняямольная теплоемкость в конце сжатия.
а) свежейсмеси (воздуха)
/>20,6 + 2,638 * 10-3 * tc<sub/>, где tc = Тс — 273 ºС
/>20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмольград).
б)остаточных газов
/>определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1, α =0,96 и tc = 519 ºС.
(m/>)/>= 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05= 24,0412 кДж/(кмоль град).
(m/>)/>= 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05= 24,469 кДж/(кмоль град).
(m/>)/>= 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 =24,122 кДж/(кмоль град).
в)рабочей смеси
/> кДж/(кмоль град).
(m/>)/>= /> кДж/(кмоль град).
Результатывычислений заносим в таблицу.
параметры Процесс сжатияn, мин-1
1000 3200 6000 6300к1
1,3751 1,3757 1,3765 1,3766n1
1,370 1,373 1,376 1,376Рс, МПа
2,4309 2,3532 2,1036 2,0655Тс, ºК
803 796 792 792tc, ºС
530 523 519 519(m. cv)to
21,998 21,980 21,969 21,968/> (m/>)to
24,169 24,141 24,122 24,121(m/>)to
22,085 22,056 22,049 22,049
Процесссгорания.
Коэффициентмолекулярного изменения горючей смеси:
/>
Коэффициентмолекулярного изменения рабочей смеси:
/>
Количествотеплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:
ΔНu = 119950*(1-α)*L0кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 =2476 кДж/кг.
Теплотасгорания рабочей смеси:
Нраб.см.= /> кДж/кмоль раб.см.
Средняямольная теплоемкость продуктов сгорания:
(m/>)/>= />
кДж/кмоль град.
Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.
(m/>)/>= />*[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz]кДж/кмоль град.
Коэффициент использования теплоты ξz принимаем = 0,88:
(1)
Температура в конце видимого процессасгорания: при n = 6000 мин
ξz Нраб.см+ (m/>)/>tc = μ(m/>)/>tz:
0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,
0,002204/>+26,165 tz<sub/>– 81132 = 0, откуда
tz = />
= 2552 ºС;
Tz = tz+ 273 = 2825 К;
Максимальное давление сгорания теоретическое:
pz = pc*μ*Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 =7,963 МПа.
Максимальное давление сгорания действительное:
Pzд =0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.
Степень повышения давления:
λ = pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.
параметры Процесс сгоранияn, мин-1
1000 3200 6000 6300μ0
1,0945 1,0635 1,0635 1,0635 μ 1,0907 1,0613 1,0612 1,0611 ΔН, кДж/кг 8665 2476 2476 2476Нраб.см.кДж/кмоль
74813 79348 79193 79155(m/>)/>
24,2982+
0,002034tz
24,6566+
0,002077tz
24,6566+
0,002077tz
24,6566+
0,002077tz
ξz
0,83 0,92 0,88 0,86tz, ºС
2330 2643 2552 2509Tz, ºК
2603 2916 2825 2782Pz, МПа
8,5967 9,1438 7,9635 7,7011Pzд , МПа
7,3072 7,7722 6,7689 6,5459 λ 3,5364 3,8857 3,7856 3,7285Процессырасширения и выпуска
Среднийпоказатель адиабаты расширения К2 определяется по номограмме рис.4.8 при заданном ε для соответствующих значений α и Tz, а средний показатель политропырасширения n2, оценивается по величине среднего показателяадиабаты:
ε =10,3; α = 0,96; Tz = 2825 К; К2 = 1,2528; n2 = 1,252.
Давление итемпература в конце процесса расширения:
Рв= Pz/ εn2 и Тв = Tz/ εn2-1:
Рв= 7,9635/10,31,252 = 0,4296 МПа, Тв = 2825/10,31,252-1= 1570 К;
Проверкаранее принятой температуры остаточных газов:
/>К;
Δ Тr = />,
ГдеΔ Тr – погрешность расчета - 4,6 %допустимая погрешность.
параметры Процесс расширения и выпуска.n, мин-1
1000 3200 6000 6300К2
1,2588 1,2519 1,2529 1,2531n2
1,258 1,251 1,252 1,253Рв, МПа
0,4573 0,4944 0,4296 0,4144Тв, К
1426 1624 1570 1542Тr, K
871 977 1021 1019Δ Тr, %
3,25 3,24 4,60 5,64Индикаторныепараметры рабочего цикла.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
/>МПа.
/> МПа.
Среднееиндикаторное давление:
pi = φu* Рj, = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа.
Где φu = 0,96 – коэффициент полнотыиндикаторной диаграммы.
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:
/>
/> г/кВт. Ч
Эффективныепоказатели двигателя.
Среднеедавление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров дошести и отношением S/D≤1.
Pм = 0,034 + 0,0113* Vп.ср МПа.
Для нашегокарбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значениесредней скорости поршня:
/> м/с.
Тогда: Pм = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа.
Среднееэффективное давление и механический КПД:
Ре= Рj — Рм = 1,1124 – 0,2103 =0,9021 МПа.
ηм= />.
ЭффективныйКПД и эффективный удельный расход топлива:
ηе= ηj * ηм = 0,3388 *0,811 = 0,2748
gе = /> г/кВт.ч.
параметры Индикаторные и эффективные параметры двигателя.n, мин-1
1000 3200 6000 6300Рj,, МПа
1,2115 1,3415 1,1588 1,1138Рj, МПа
1,1630 1,2879 1,1124 1,0693ηj
0,3292 0,3845 0,3388 0,3288gj, г/кВт.ч
249 213 242 249Vп.ср, м/с
2,6 8,32 15,6 16,38Рм, МПа
0,0634 0,1280 0,2103 0,2191Ре, МПа
1,0997 1,1599 0,9021 0,8502ηм
0,9455 0,9006 0,811 0,7951ηе
0,3113 0,3463 0,2748 0,2614gе, г/кВт.ч
263 237 298 3132. Основные параметры двигателя
Литраж двигателя:
/> дм3.
Рабочий объем одного цилиндра:
/> дм3.
Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительнобыл принят S = 78 мм, то:
/> мм.
Окончательно принимается D = 88 мм, S = 78 мм.
Площадь поршня:
/>дм.
Литраж двигателя:
/> дм3..
Мощность двигателя:
Nе = />кВт.
Литровая мощность двигателя:
Nл = /> кВт/л.
Крутящий момент:
Ме = /> Н*М.
Часовой расход топлива:
GT = Nе * gе * 10-3= 86 * 298* 10-3 = 25,5 кг/ч./>
параметры Основные параметры и показатели двигателя.
n, мин-1
1000 3200 6000 6300Fп, дм2
0,61
1,9
45,1
Vл, л
Nл, кВт/л
Nе, кВт
17,38 58,66 86 84,66Ме, Н*М
166,06 175,15 136,23 128,39GT, кг/ч
4,57 13,88 25,51 26,533. Построение индикаторных диаграмм
Определяем объем камеры сгорания:
Vc = />дм3.
Находим полный объем цилиндра:
Vа = Vc + Vh = 0,05+ 0,4822 = 0,534
Рассчитанные точки:
ВМТ: Pr = 0,118 Mpa; Рс = 2,1036 МПа; Pz= 7,9635 МПа.
НМТ: Ра = 0,085 Mpa; Рв= 0,4296 МПа.
Задаваясь различными углами φ поворота коленчатоговала, определяем положение поршня по формуле:
х = />
Задаем λ = 0,285
Затем при этих углах φ находим текущий объем надпоршневого пространства:
Vх = Vc + хFп.
Определяем давление на линии сжатия и расширения привыбранных углах поворота коленчатого вала:
/>;
/>;
Результаты расчета приведены в таблице № 1.
Таблица № 1.
№ φº х, дм.Vх, дм3
/>/>
/>
1
0,05185
0,118/0,085
0,1015
2
10
0,0076
0,056486468
0,085
0,093
3
20
0,03002
0,07016276
0,085
0,085
4
30
0,06614
0,092197744
0,085
0,085
5
40
0,1142
0,121515
0,085
0,085
6
50
0,17192
0,156724604
0,085
0,085
7
60
0,23668
0,196225563
0,085
0,085
8
70
0,30568
0,238318523
0,085
0,085
9
80
0,37617
0,281317616
0,085
0,085
10
90
0,44557
0,32365075
0,085
0,085
11
100
0,51162
0,363939419
0,085
0,085
12
110
0,57246
0,401051708
0,085
0,085
13
120
0,62668
0,434125563
0,085
0,085
14
130
0,67329
0,462562949
0,085
0,085
15
140
0,71171
0,485998946
0,085
0,085
16
150
0,74164
0,504252631
0,085
0,085
17
160
0,76289
0,517268509
0,085
0,085
18
170
0,77575
0,525057997
0,085
0,085
19
180
0,78
0,52765
0,085/0,4296
0,085
20
190
0,77575
0,525057997
0,087011
0,087011
21
200
0,76298
0,517268509
0,08882
0,08882
22
210
0,74164
0,504252631
0,091989
0,091989
23
220
0,71171
0,485998946
0,096777
0,096777
24
230
0,67329
0,462562949
0,103587
0,103587
25
240
0,62668
0,434125563
0,113038
0,113038
26
250
0,57246
0,401051708
0,12606
0,12606
27
260
0,51162
0,363939419
0,144081
0,144081
28
270
0,44557
0,32365075
0,169323
0,169323
29
280
0,37617
0,281317616
0,205346
0,205346
30
290
0,30568
0,238318523
0,257996
0,257996
31
300
0,23668
0,196225563
0,337093
0,337093
32
310
0,17192
0,156724604
0,459275
0,459275
33
320
0,1142
0,121515
0,651825
0,651825
34
330
0,06614
0,092197744
0,953074
0,953074
35
340
0,03002
0,07016276
1,387839
1,387839
36
350
0,0076
0,056486468
1,870278
1,965
37
360
0,05185
2,1042/7,964
2,524338
370
0,0076
0,056486468
7,154373
6,76939
380
0,03002
0,07016276
5,453565
5,453565
40
390
0,06614
0,092197744
3,874148
3,874148
41
400
0,1142
0,121515
2,741886
2,741886
42
410
0,17192
0,156724604
1,993858
1,993858
43
420
0,23668
0,196225563
1,50479
1,50479
44
430
0,30568
0,238318523
1,179789
1,179789
45
440
0,37617
0,281317616
0,958543
0,958543
46
450
0,44557
0,32365075
0,804248
0,804248
47
460
0,51162
0,363939419
0,694381
0,694381
48
470
0,57246
0,401051708
0,614892
0,614892
49
480
0,62668
0,434125563
0,556816
0,556816
50
490
0,67329
0,462562949
0,514295
0,501
Продолжениетаб. 1.
51
500
0,71171
0,485998946
0,483436
0,473
52
510
0,74164
0,504252631
0,461626
0,427
53
520
0,76298
0,517268509
0,44713
0,395
54
530
0,77575
0,525057997
0,43884
0,360
55
540
0,78
0,52765
0,436143
0,3349
56
550
0,77575
0,525057997
0,118
0,297
57
560
0,76298
0,517268509
0,118
0,252
58
570
0,74164
0,504252631
0,118
0,215
59
580
0,71171
0,485998946
0,118
0,185
60
590
0,67329
0,462562949
0,118
0,146
61
600
0,62668
0,434125563
0,118
0,118
62
610
0,57246
0,401051708
0,118
0,118
63
620
0,51162
0,363939419
0,118
0,118
64
630
0,44557
0,32365075
0,118
0,118
65
640
0,37617
0,281317616
0,118
0,118
66
650
0,30568
0,238318523
0,118
0,118
67
660
0,23668
0,196225563
0,118
0,118
68
670
0,17192
0,156724604
0,118
0,118
69
680
0,1142
0,121515
0,118
0,118
70
690
0,06614
0,092197744
0,118
0,118
71
700
0,03002
0,07016276
0,118
0,118
72
710
0,0076
0,056486468
0,118
0,1098
73
720
0,05185
0,118/0,085
0,1015
Скруглениеиндикаторной диаграммы.
Учитываябыстроходность рассчитываемого двигателя, устанавливаем следующие фазыгазораспределения:
Начало ( точка r,) — 20º до ВМТ; окончание (точкаа,,) — 60º после НМТ.
Начало ( точка b,) — 60º до НМТ; окончание (точкаа,) — 20º после ВМТ.
Уголопережения зажигания принимаем 30º (точка с,),продолжительность периода задержки воспламенения – Δφ = 10º,отсюда 30 – 10 = 20º( точка f)
Полоңение точки с,,определяем из выражения:
РС,, = (1,15...1,25)рс = 1,2*2,1036 = 2,5243МПа.
Действительное давление сгорания:
Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,9635 = 6,769 МПа.
Принятосчитать, что это давление достигает через 10º после ВМТ.
Нарастание давления от точки с,, до точки z составит Δр/Δφ = 0,417, что означает плавнуюработу двигателя.
Результатырасчета положения характерных точек приведены в таблице № 2.
Таблица № 2
Обозначение Положение φº х, дм.Vх, дм3
/>
r/>
20ºдо ВМТ 7000,03002
0,064158576
0,118
r/>/>
20º после ВМТ 200,03002
0,064158576
0,085
a/>
60º после НМТ 2400,62668
0,434125563
0,113038
f 30ºдо ВМТ 3300,06614
0,078968975
1,179456
c/>
20ºдо ВМТ 3400,03002
0,064158576
1,569637
r ВМТ 3600,05185
0,1015
c/>/>
ВМТ 3600,05185
2,5243zд
10º после ВМТ 3700,0076
0,054966315
6,769b/>
60ºдо НМТ 4800,62668
0,434125563
0,556816
b’’ НМТ 5400,78
0,52765
0,334927
Список используемой литературы1. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных итракторных двигателей» М.: Высшая школа, 2002 год.
www.ronl.ru
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра двигателей внутреннего сгоранияПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к тепловому расчёту по дисциплине:
“Автомобильные двигатели”Выполнил: ст. гр. А-32
Ващенко Н.В.
Проверил: Талда Г.Б.Харьков 2010 СодержаниеВведение
1. Описание особенностей прототипа ДВС
2. Тепловой расчет двигателя
Заключение
Использованная литература
Приложение
В настоящее время в Украине эксплуатируются автомобили, которые частично физически и технически устарели. Поэтому целесообразным является при их ремонте осуществлять модернизацию этих двигателей, с целью улучшения их технико-экономических показателей. К таким двигателям относится двигатель МеМЗ-245. Целью данного теплового расчета является модернизация двигателя МеМЗ-245, для улучшения технико-экономических показателей. При модернизации данного двигателя используем параметры, заданные кафедрой ДВС: n=5600мин-1; e=10; α=0,88.
На автомобилях, тракторах, дорожных и строительных машинах применяются карбюраторные двигатели, дизели, а также двигатели, работающие на газовом топливе (сжатом и сжиженном газе).
На автомобильном транспорте, особенно на легковом, преимущественно применяют карбюраторные двигатели. Это объясняется их превосходство перед дизелями по массовым, скоростным и тяговым показателям, меньшему шуму и более низкой стоимости изготовления.
Прототипом модернизируемого двигателя служит карбюраторный, четырехтактный двигатель МеМЗ-245, устанавливаемый на легковом автомобиле ЗАЗ-1102, и имеющий свои характерные особенности.Таблица 1.1 - Технико-экономические параметры двигателя.
| Рабочий объем, см3 (л) | 1091 (1,1) |
| Диаметр цилиндра, мм | 72 |
| Ход поршня, мм | 67 |
| Степень сжатия | 9,5 |
| Мощность максимальная при частоте вращения коленчатого вала 4500 мин-1, кВт (л. c.) | 37,5 (47,7) |
| Крутящий момент максимальный при частоте вращения коленчатого вала 2400-2600 мин-1, Нм | 80 |
| Литровая мощность, кВт/л | 31,1 |
| Средняя скорость поршня, м/c | 12,93 |
| Минимальный удельный расход топлива, г/кВт ч | 295,7 |
| Среднее эффективное давление при номинальной мощности, МПа | 0,78 |
| Среднее эффективное давление при максимальном крутящем моменте, МПа | 0,85 |
| Контрольный расход топлива, л/100 км | 6,2 |
| Бензин | АИ-93 |
| Масса двигателя без КПП, кг | 149 |
1.1 Блок цилиндров. Отлит из чугуна и составляет одно целое с цилиндрами. Высокая жёсткость блока обеспечивается тем, что плоскость разъёма блока с масляным картером расположена ниже оси коленчатого вала на 53 мм.
Расстояния между осями первого-второго, третьего-четвёртого цилиндров равны 81 мм, а между вторым и третьим 86 мм и между ними по всей высоте цилиндров выполнены протоки для охлаждающей жидкости. В нижней части блока цилиндров выполнены пять опор для вкладышей коренных подшипников коленвала.
1.2 Головка цилиндров. Отлита из алюминиевого сплава. Общая для всех цилиндров. Объем камеры сгорания при поставленных на место клапанах и ввернутой свече зажигания 23,89-25,47 см3. Разница между объемами камер сгорания одной головки не должна превышать 0,6 см3.
В головке цилиндров выполнены клиновые камеры сгорания. С левой стороны головки расположены впускные и выпускные каналы, а с правой - резьбовые отверстия для свечей зажигания. Расположение клапанов, а, следовательно, осей их сёдел и втулок однорядное под углом 21о.
В специальную расточку переднего гнезда установлена манжета для уплотнения шейки распредвала.
1.3 Поршни. Отлиты из алюминиевого сплава. Юбка поршня имеет бочкообразную форму. Ось отверстия для поршневого пальца смещена на 1,5 мм в правую сторону (по ходу автомобиля) от средней плоскости поршня. Днища поршней плоские, но в центре под углом 21о имеются два углубления диаметром 36 мм, глубиной 7,8 мм, которые служат для исключения упирания поршней в клапаны.
1.4 Поршневые кольца (компрессионные). Отлиты из чугуна. Наружная цилиндрическая поверхность верхнего компрессионного кольца, прилегающая к цилиндру, покрыта слоем хрома, а нижнего - слоем олова.
На внутренней поверхности нижнего компрессионного кольца имеется выточка. Это кольцо устанавливается на поршень выточкой вверх к днищу поршня. Нарушение этого условия вызывает утечку масла через кольцо в цилиндр, нагарообразование на стенках камеры сгорания и увеличение расхода масла.
1.5 Маслосъемное кольцо состоит из четырех стальных деталей: двух кольцевых дисков, одного осевого расширителя и одного радиального расширителя. Рабочая поверхность кольцевых дисков покрыта твердым хромом.
1.6 Поршневые пальцы. Изготовлены из углеродистой стали, плавающие, с наружным диаметром 20 мм, длиной 61 мм и толщиной стенки 4 мм.
1.7 Шатуны (стальные, кованые). Крышка шатуна обрабатывается в сборе с ним, поэтому при разборке и сборке двигателя нельзя переставлять с одного шатуна на другой. На бобышках под болт на шатуне и крышке выбиты порядковые номера цилиндров, которые при сборке должны быть совмещены. При правильном положении крышки пазы для фиксирующих выступов вкладышей в шатуне и крышке также располагаются с одной стороны. На стержне шатуна выштампован номер детали; на крышке имеется выступ. При сборке номер и выступ должны быть обращены к задней стороне двигателя. Поршневые и кривошипные головки шатунов подбираются по массе.
1.8 Коленчатый вал. Отлит из высокопрочного чугуна, статически и динамически сбалансирован. Осевое перемещение вала ограничено двумя упорными шайбами, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника. Величина осевого зазора составляет 0.075-0.175 мм достигается подбором передней сталебабитовой упорной шайбы соответствующей толщины.
К фланцу ступицы шкива на переднем конце коленчатого вала привернут тремя болтами двухручьевой шкив привода вентилятора, водяного насоса и генератора. Болты крепления шкива к ступице расположены неравномерно, поэтому шкив может устанавливаться только в одном определенном положении. На ободе шкива имеются два паза.
1.9 Маховик. Отлит из серого чугуна и имеет напрессованный стальной зубчатый обод для пуска двигателя стартером.
1.10 Вкладыши. Вкладыши коренных и шатунных подшипников коленчатого вала тонкостенные, взаимозаменяемые, сталеалюминевые. Толщина вкладышей коренных подшипников мм, шатунных
мм.
1.11 Впускные и выпускные клапаны. Располагаются в головке над цилиндрами вертикально, в один ряд, вдоль оси двигателя. Привод клапанов осуществляется от распределительного вала через штанги и коромысла. Клапаны изготовлены из жароупорной стали, диаметр стержня клапана 9 мм. Тарелка впускного клапана имеет диаметр 36 мм, а выпускного 34 мм. Оба клапана имеют угол седла 21°. Высота подъема клапанов 8,5 мм. На верхнем конце клапана имеется канавка для сухариков тарелки клапанной пружины.
Для уменьшения расхода масла через зазор между впускным клапаном и его направляющей втулкой стержень клапана уплотнен маслоотражательным колпачком сальникового типа.
Маслоотражательный колпачок плотно напрессован на выточку направляющей втулки впускного клапана. Своей рабочей кромкой, поджатой пружиной колпачок плотно облегает стержень впускного клапана.
1.12 Распределительный вал. Чугунный, литой, имеет пять опорных шеек. Осевое перемещение распределительного вала ограничено упорным фланцем, находящимся между торцом шейки распределительного вала и ступицей шестерни с зазором 0,1-0,2 мм. Правильность фаз распределения обеспечивается установкой шестерен по меткам: метка "О" на шестерне коленчатого вала должна быть против риски у впадины зуба на текстолитовой шестерне.
1.13 Фазы распределения двигателя. Впускной клапан открывается за 12° до в. м. т. и закрывается через 60° после н. м. т. Выпускной клапан открывается за 54° до н. м. т. и закрывается через 18° после в. м. т.
Указанные фазы действительны при зазоре между коромыслом и клапаном, равном 0.45 мм.
1.14 Система смазки. Комбинированная - под давлением и разбрызгиванием. Она состоит из маслоприемника, масляного насоса, масляных каналов, масляного фильтра, редукционного клапана, масляного картера, стержневого указателя уровня масла, маслоналивного патрубка, крышки маслоналивного патрубка, масляного радиатора, предохранительного клапана и запорного крана.
1.15 Масляный картер. Отлит из магниевого сплава, уплотнение достигается установкой прокладки из материала марки БР-1 толщиной 3 мм.
1.16 Масляный фильтр полнопоточный, с основным бумажным фильтрующим элементом.
1.17 Масляный насос. Насос шестеренчатого типа установлен внутри масляного картера и крепится к блоку цилиндров двумя шпильками. Корпус насоса изготовлен из алюминиевого сплава, крышка насоса из чугуна, ведущая шестерня - стальная, закреплена на валу штифтом, ведомая - из металлокерамики, вращается на оси, закрепленной в корпусе насоса.
Привод масляного насоса осуществляется от носка коленвала, имеющего лыски.
1.18 Масляный радиатор. Соединен с масляной магистралью двигателя резиновым шлангом через запорный кран и предохранительный клапан, которые установлены с левой стороны двигателя.
1.19 Система охлаждения. Жидкостного типа, с принудительной циркуляцией жидкости. Поддержание правильного температурного режима осуществляется при помощи термостата, действующего автоматически, и жалюзи, которое открывает и закрывает водитель.
1.20 Термостат. Клапан термостата начинает открываться при повышении температуры до 76-78°С, а при температуре 88-94°С он полностью открыт.
1.21 Водяной насос (центробежного типа). Подшипники насоса отделены от водяной полости сальником и водосбросной канавкой.
1.22 Вентилятор. Вентилятор шестилопастной, пластмассовый, имеет электропривод.
1.23 Радиатор трубчато-ленчатый. Крепится к боковым щиткам в передней части кузова.
Пробка радиатора. Герметично закрывает систему и имеет два клапана: паровой, открывающийся при избыточном давлении 0.45-0.6 кгс/см2, и воздушный, открывающийся при разряжении 0.01-0.1 кгс/см2.
1.24 Система питания и выпуска отработавших газов. Состоит из топливного бака, топливопровода, топливного насоса, фильтра тонкой очистки топлива, карбюратора, воздушного фильтра, впускной трубы, выпускных трубопроводов и глушителя.
1.25 Топливный насос. Диафрагменного типа, имеет следующие характеристики: максимальное давление бензина 0,02…0,025 МПа, разрежение всасывания 2.2,5мм вод. ст.; производительность 60 л/ч при n=2000мин-1.
1.26 Карбюратор ДААЗ 21081-1107010 эмульсионного типа, с последовательным открытием заслонок.
2.1 Цель теплового расчета двигателя. Цель теплового расчета ДВС - определить параметры рабочего тела в характерных точках расчетного цикла и оценить по ним технико-экономические показатели работы двигателя.
2.2 Метод выполнения теплового расчета - метод профессора Гриневецкого В.И.
2.3 Выбор и обоснование конструктивных и эксплуатационных параметров для теплового расчета.
2.3.1 Степень сжатия.
В современных автотракторных бензиновых ДВС степень сжатия изменяется в диапазоне от 10 - 11 [1].
При проектировании двигателя с искровым зажиганием степень сжатия выбирают по возможности высокой. Это связано с тем, что при повышении степени сжатия:
а) улучшается теплоиспользование, а следовательно, топливная экономичность двигателя вследствие роста индикаторного КПД цикла;
б) улучшаются пусковые качества двигателя;
Однако повышение степени сжатия имеет и отрицательные стороны: - рост температуры в цилиндре при высоких оборотах приводит, особенно на средних и номинальных нагрузках, к увеличению содержания окислов азота в продуктах сгорания;
растут механические и тепловые нагрузки на детали поршневой группы и коленчатого вала, что снижает надежность и долговечность двигателя.
С повышением степени сжатия двигатель работает более жёстко и шумно, но поскольку целью данной работы является улучшения его технико-экономических показателей, а не бесшумности и комфорта, принимаю наиболее подходящий для модернизируемого двигателя =10 (по заданию кафедры), учитывая возраст этого автомобиля и то, что заводская степень сжатия всего лишь
=9,5.
2.3.2 Коэффициент избытка воздуха. Коэффициент сильно влияет на протекание рабочего цикла в ДВС и на индикаторные показатели цикла. Максимум величины
достигается при более бедных смесях по сравнению с теми, которые соответствуют максимуму
и
. С обеднением смеси до определенных пределов улучшается полнота сгорания. Однако при слишком сильном обеднении смеси скорость ее сгорания падает, и могут появляться циклы с пропуском воспламенения. Наибольшей величине
соответствует такой состав смеси, при котором имеет место оптимальное сочетание полноты и скорости сгорания смеси. Максимальное значение
достигается при несколько обогащенных смесях, при сгорании которых имеют место наибольшие значения количества выделившейся теплоты и скорости сгорания. Значения
, которые соответствуют величинам
и
, зависят от протекания процесса сгорания, т.е. от конструкции двигателя, также определяются положением дроссельной заслонки и частотой вращения. На режимах полного открытия дроссельной заслонки максимум
имеет место при
= 1.05 - 1.15, а максимум
и
при
= 0,80 - 0,95. Учитывая эти пределы, и выбранную максимально допустимую степень сжатия
=9,5,
беру 0,88 (по заданию кафедры), поскольку большие значения
берут для двигателей с высокой степенью сжатия. На мой взгляд
=0,88 соответствует выбранной ранее степени сжатия.
2.3.3 Частота вращения коленчатого вала. В карбюраторных двигателях частота вращения коленчатого вала легковых автомобилей находится в пределах n=4500-5700 [4]. Для данного ДВС принимаем
С увеличением частоты вращения коленвала потери тепла за цикл снижаются за счет сокращения времени на теплообмен между газом и стенками цилиндра, что увеличивает индикаторный КПД. Но, поскольку увеличение частоты вращения коленчатого вала сопровождается увеличением сил инерции, которые нагружают детали КШМ, мы не можем выбрать максимальную частоту из-за необходимости увеличения размеров и массы этих деталей. Принимаю n=5600 (по заданию кафедры).
2.3.4 Давление окружающей среды Р0 - постоянная величина. Р0=0,1МПа
2.3.5 Температура окружающей среды Т0 (атмосферного воздуха). Принимается среднее значение Т0=288 К.
2.3.8 Давление остаточных газов Рr, МПа, определяется давлением окружающей среды, в которую происходит выпуск отработавших газов и оборотами двигателя:.2.3.9 Температура остаточных газов Tr, К, для КБД изменяется в пределах 900 - 1100 К [2]. При увеличении a и e - Тr снижается, а при увеличении n увеличивается. Принимаем Тr = 1000К.
2.3.10 Степень подогрева заряда на впуске DТ=10 - 20 К [2]. На DТ влияют: длина, материал трубопровода впускной системы; скорость движения воздушного заряда во впускной системе. При увеличении диаметра цилиндра D, увеличении n и e - DТ уменьшается. Принимаем DТ=15К.
2.3.11 Гидравлические потери С во впускной системе уменьшаются при увеличении проходных сечений, обработке внутренней поверхности впускной системы, правильным выбором фаз газораспределения. Коэффициент сопротивления С изменяется в пределах 2,5 - 4,0 [2]. Он учитывает падение скорости свежего заряда после входа его в цилиндр и гидравлические сопротивления впускной системы двигателя.
В связи с незначительной длиной трубопровода принимаем С = 3,2.
2.3.12 Средняя скорость воздуха в проходных сечениях впускных клапанов Wкл [50-130м/с] может достигать 130 м/с. Эта скорость зависит от диаметра впускного клапана и частоты вращения коленвала. При уменьшении диаметра впускного клапана и увеличении n, средняя скорость Wкл увеличивается. В модернизированном двигателе Wкл не изменяется.
Принимаем .
2.3.13 Показатель политропы сжатия (условный) n1=1,32 - 1,40 [2]. При повышении n увеличивается и n1; при повышении средней температуры процесса сжатия n1 - уменьшается; с уменьшением интенсивности охлаждения двигателя n1 - увеличивается; с уменьшением отношения поверхности охлаждения к объему цилиндра n1 - увеличивается. Учитывая все это принимаем n1=1,37.
2.3.14 Коэффициент эффективного теплоиспользования xz=0,85 - 0,9 [2] это параметр, учитывающий потери теплоты в процессе сгорания. При увеличении оборотов двигателя xz возрастает с улучшением процесса смесеобразования и сгорания. На номинальной частоте вращения xz снижается за счет увеличения фазы догорания. Примем значение xz=0,9.
2.3.15 Коэффициент полноты индикаторной диаграммы учитывает уменьшение теоретического среднего индикаторного давления вследствие отклонения действительного процесса от расчетного. Принимаем ji=0,96.
С увеличением продолжительности догорания топлива, снижается относительный теплообмен и утечки газа, n2 уменьшается. Показатели политропы расширения для бензиновых ДВС изменяются в диапазоне n2=1,23-1,3. Примем n1=1,27
3. Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя. На основе установленных исходных данных (тип двигателя, мощность, частота вращения коленчатого вала, число и расположение цилиндров, отношение S/D, степень сжатия) проводят тепловой расчет двигателя, в результате которого определяют основные энергетические, экономические и конструктивные параметры двигателя. По результатам теплового расчета строят индикаторную диаграмму. Параметры, полученные в тепловом расчете, являются исходными при проведении динамического и прочностных расчетов.
3.1 Материальный баланс.
3.1.1 Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива
Количество необходимого воздуха, кмоль воздуха / кг топлива.Масса необходимого воздуха, кг воздуха / кг топлива
.3.1.2 Количество свежего заряда, кмоль
.3.1.3 Количество компонентов продуктов сгорания
3.1.4 Количество продуктов сгорания, кмоль продуктов сгорания / кг
топлива3.1.5 Теоретический коэффициент молекулярного изменения свежей смеси
. 3.1.6 Средняя мольная изохорная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/ (кмоль×К)
3.2 Процесс впуска.
3.2.1 Давление в конце процесса впуска,где
rв - плотность воздуха:
где R = 287 Дж/ (кг×К) - газовая постоянная воздуха;
Р0 = 0.1 МПа - давление окружающей среды;
Т0 = 288 К - температура окружающей среды.3.2.2 Коэффициент остаточных газов
.3.2.3 Температура в конце процесса впуска, К
К3.2.4 Коэффициент наполнения
.3.3 Процесс сжатия
3.3.1 Давление в конце процесса сжатия, МПа3.3.2 Температура в конце процесса сжатия, К
3.3.3 Средняя мольная изохорная теплоемкость свежего заряда, кДж/ (кмоль×К)где
.
3.4 Процесс сгорания
двигатель модернизация тепловой расчет
3.4.1 Уравнение процесса сгорания в карбюраторном двигателе имеет вид:,где Hu’ - низшая теплота сгорания, для КБД - в кДж/кг, с учетом химической полноты сгорания при a < 1.
mд - действительный коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:
.mсvmz - средняя мольная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке z индикаторной диаграммы.
После подстановки вышеприведенных величин в уравнение сгорания:
.Решая это уравнение, находим температуру tz в точке z:
3.4.2 Степень повышения давления в КБД
3.4.3 Теоретическое давление в конце сгорания, МПа
3.4.4 Давление в действительном цикле в конце сгорания, МПа
3.5 Процесс расширения
3.5.1 Давление в конце процесса расширения, МПаДля карбюраторных двигателей давление в конце расширения Рв= (0,35¸0,5) Мпа.
3.5.2 Температура в конце расширения, КKДля карбюраторных двигателей Тв= (1200¸1500) К.
3.6 Индикаторные показатели цикла
3.6.1 Среднее индикаторное давление, МПаДля карбюраторных двигателей Рi= (0,8¸1,2) МПа.
3.6.2 Индикаторный КПД для двигателей, работающих на жидком нефтяном топливе3.6.3 Удельный индикаторный расход жидкого топлива, г/ (кВт×ч)
.3.7 Эффективные показатели двигателя
3.7.1 Среднее давление механических потерьгде Ам и Вм - опытные коэффициенты
Ам = 0.034 Вм = 0.0133,
Сп - средняя скорость поршня, м/с.3.7.2 Среднее эффективное давление, МПа
МПа3.7.3 Механический КПД
. Примем
=0,82
3.7.4 Эффективный КПД.3.7.5 Удельный расход жидкого топлива, г/ (кВт×ч)
.3.7.6 Эффективная мощность, кВт
где t=4 - коэффициент тактности для четырехтактных двигателей.
3.7.7 Крутящий момент, Н×м3.7.8 Расход топлива, кг/ч
.3.7.9 Средняя скорость поршня, м/с
3.8 Построение индикаторной диаграммы
3.8.1 Объем цилиндра, л3.8.2 Объем камеры сжатия, л
3.8.3 Полный объем цилиндра, л
3.8.4 Промежуточные значения давлений определяем по формулам: на линии сжатия
на линии расширения
где Vz=Vc для карбюраторного двигателя. Результаты расчета промежуточных значений заносим в таблицу 3.1.Таблица 3.1 - Расчет промежуточных значений давлений для построения индикаторной диаграммы
| | | pci | | | ppi | |
| 0,057 | 5,302 | 9,828 | 0,876 | 0,530 | 0,455 | 3,838 |
| 0,075 | 4,029 | 6,748 | 0,601 | 0,403 | 0,324 | 2,731 |
| 0,100 | 3,022 | 4,550 | 0,405 | 0,302 | 0,227 | 1,912 |
| 0,175 | 1,727 | 2,114 | 0,188 | 0,173 | 0,113 | 0,955 |
| 0,250 | 1, 209 | 1,297 | 0,116 | 0,121 | 0,073 | 0,614 |
| 0,303 | 1,001 | 1,001 | 0,089 | 0,100 | 0,058 | 0,485 |
3.8.5 Выбор масштабов
Масштаб объема mv = 0,002 л/мм.
Масштаб давления mp = 0,0377 МПа/мм.
3.8.6 Построение диаграммы
По результатам таблицы 3.1 строим индикаторную диаграмму. Расчетную индикаторную диаграмму скругляем, так как в реальном двигателе за счет опережения зажигания рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в в. м. т. и повышает давление конца процесса сжатия; процесс видимого сгорания происходит при постоянно изменяющемся объеме; действительное давление конца процесса видимого сгорания Рzд=6,743 МПа. Открытие впускного клапана до прихода поршня в н. м. т. снижает давление в конце расширения и имеет место процесс выпуска и наполнения цилиндра.
Положение точки с’ определяем в зависимости от начала подачи топлива. Впускной клапан открывается за 12° до в. м. т. Положение точки с’’ ориентировочно определяем по выражению:Положение точки в определяется углом предварения выпуска. Выпускной клапан открывается за 54° до н. м. т.
3.8.7 По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета определяется среднее индикаторное давление, МПа:3.8.8 Определяем погрешность построения
что меньше допустимой погрешности d=3%.
В результате произведенного расчета получены следующие результаты:
- мощность максимальная при частоте вращения
коленчатого вала 5600 мин-1, кВт……………………………..45,96
- крутящий момент при частоте вращения
коленчатого вала 5600 мин-1, Н×м……………………………..78,42
- среднее индикаторное давление, Мпа…………………1,105
- удельный индикаторный расход топлива, г/ (кВт×ч) …294
- литровая мощность, кВт/л……………………………..42,24
Таким образом после произведенных расчетов получено увеличение эффективной мощности разрабатываемого двигателя на 22,34% от мощности прототипа. По результатам расчета построена индикаторная диаграмма.
1. Автомобильные двигатели / под ред. М.С. Ховака, - М.: Машиностроение, 1977.
2. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 1980.
3. Краткий автомобильный справочник НИИАТ. - М.: Транспорт, 1982.
4. Тимченко И.И., Жадан П.В. Методические указания к выполнению теплового расчета двигателя в контрольной работе, курсовых и дипломных проектах студентов специальностей 15.04, 15.05 и 24.01. - Харьков: ХАДИ, 1990.
Размещено на Allbest.ru
bukvasha.ru
