Тепловой расчет двигателя

Содержание


ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА

2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ

3. ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ

5. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ВВЕДЕНИЕ


На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.

Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня ) и проверить на прочность его основные детали.


ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ


ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя

Модель двигателя Номинальная мощность Ne кВт. Частота вращения кален вала n, обр/мин Число и расолежение цилиндров

Степень сжатия

ε

Диаметр цилиндра

D, мм

Ход поршня

S, мм

Рабочий объем

Vл, л

Минимальны удельный расход топлива

ge, г/кВт•ч

ВАЗ-2107 55,6 5600 4-Р 8,5 76 66 1,197 313

По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, определить параметры состояния рабочего тела, соответствующие характерным точкам цикла, индикаторные и эффективные показатели двигателя, диаметр цилиндра и ход поршня, построить индикаторную диаграмму. Тепловой расчет для карбюраторного двигателя произвести для режима максимальной мощность.

При проведении теплового расчёта для карбюраторного двигателя выбираем следующие параметры:

Давление окружающей среды ро = 0,1 МПа

Температура окружающей среды То = 293 К

Давление остаточных газов рr = 0,114 МПа

Температура остаточных газов Тr = 1050 К

Подогрев свежего заряда ∆Т = 20۫С

Коэффициент наполнения ηv = 0,8

Коэффициент избытка воздуха α = 0,96

В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 8,5 можно использовать бензин АИ 93

Молекулярная масса топлива: С = 0,855; Н = 0,145; mt = 115 кг/моль

Низшая теплота сгорания: Нu = 33,891*C+125,6*H-2,51*9*H= 44 МДж/кг

Средний показатель политропны сжатия n1 = 1,37

Средний показатель политропны расширения n2 = 1,24

Коэффициент использования тепла ξ = 0,9


тепловой карбюраторный двигатель индикаторный

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ


2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА


Давление в конце впуска


Тепловой расчет двигателя, где


Тепловой расчет двигателя- потери давления в следствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.


Тепловой расчет двигателя где


β - коэффициент затухания скорости движения заряда;

Тепловой расчет двигателя- коэффициент сопротивления впускной системы;

Тепловой расчет двигателя– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы;

Тепловой расчет двигателя - плотность заряда на впуске;


Тепловой расчет двигателя; Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя


Коэффициент остаточных газов

Тепловой расчет двигателя


Температура в конце впуска


Тепловой расчет двигателя


2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ


Давление в конце сжатия:


Тепловой расчет двигателя


Температура в конце сжатия:


Тепловой расчет двигателя


2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ


Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива . Наименьшее количество кислорода Оо , которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления.


Тепловой расчет двигателякмоль воз/кг топл

Тепловой расчет двигателякг возд/кг топл, где

С, Н, О – массовые доли углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;

0,21 – объёмное содержание кислорода в 1 кг воздуха;

0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха;

Действительное количество молей свежего заряда:


Тепловой расчет двигателя где


Тепловой расчет двигателя - действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг воздуха.

Тепловой расчет двигателя - молекулярная масса паров автомобильных бензинов.

Количество молей продуктов сгорания, Тепловой расчет двигателя,

Тепловой расчет двигателя

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:


Тепловой расчет двигателя, где


Тепловой расчет двигателя- коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

Температура в конце видимого сгорания:

Температура конца видимого сгорания Тz для карбюраторного двигателя α<1 определяется из уравнения сгорания:


Тепловой расчет двигателя, где


ξ – коэффициент использования тепла;

Тепловой расчет двигателя – теплопроводность топлива;

Тепловой расчет двигателя- неполнота сгорания топлива;

Тепловой расчет двигателя и Тепловой расчет двигателя - средние мольные теплоёмкости при постоянном объёме рабочей смеси и продуктов сгорания, значения средних мольных теплоемкостей приближенно определяем по формулам;

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя

Определяем температуру в конце сгорания по уравнению сгорания:


Тепловой расчет двигателя ,


тогда получим :

Тепловой расчет двигателя


Тепловой расчет двигателя


Давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя


Тепловой расчет двигателя


Степень повышения давления


Тепловой расчет двигателя


2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ


В процессе расширения происходит преобразование тепловой энергии в механическую, определяем по формулам:


Тепловой расчет двигателя


ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ


Теоретическое средние индикаторное давление определяем по формуле:


Тепловой расчет двигателя


Действительное средние индикаторное давление:

Тепловой расчет двигателя, где

φ – коэффициент скругления индикаторной диаграммы для карбюраторных двигателей принимаем равным 0,96

Индикаторный КПД цикла:


Тепловой расчет двигателя


Индикаторный удельный расход топлива:


Тепловой расчет двигателя


Средние давление механических потерь:

при Тепловой расчет двигателя,

Тепловой расчет двигателя, где

Тепловой расчет двигателя


Средние эффективное давление:


Тепловой расчет двигателя


Механический КПД двигателя:


Тепловой расчет двигателя

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:


Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ


Задаем отношение Тепловой расчет двигателя

Определяем рабочий объём двигателя по формуле:


Тепловой расчет двигателя, где


τ = 4 - тактность двигателя;

i = 4 - число цилиндров;

Объём одного цилиндра:


Тепловой расчет двигателя


Определяем диаметр и ход поршня:


Тепловой расчет двигателя


Окончательно принимаем: S = 66мм, D = 76мм.

Определяем номинальную мощность двигателя:


Тепловой расчет двигателя


Двигатель

N,

кВт

Nн,

минТепловой расчет двигателя

ε

D,

мм

S,

мм

Vh,

л

Vп,

м/с

ge,

г/кВт·ч

Проектируемый 52,5 5600 8,5 76 66 1,267 12 254
Прототип 55,6 5600 8,5 76 66 1,197 12 313

Вывод: основные данные полученные в тепловом расчёте при сравнение с характеристиками прототипа позволяют сделать вывод о том что для дальнейших расчётов мы можем принять этот двигатель так как расхождение не превышает 10%.


ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ


Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя, т. е. при

Ne = 52,5кВт и Nн = 5600 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Мs = 1 мм в мм;

Масштаб давлений: Мр = 0,05 МПа в мм.

Приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:


Тепловой расчет двигателя; Тепловой расчет двигателя


Максимальная высота диаграммы (точка z)

Тепловой расчет двигателя

Ординаты характерных точек:

Тепловой расчет двигателя Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателяТепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия Тепловой расчет двигателя отсюда


Тепловой расчет двигателя,


где Тепловой расчет двигателя

б) политропа расширения Тепловой расчет двигателя отсюда


Тепловой расчет двигателя


Результаты расчета точек политроп приведены в табл.

№ точек OX, мм

Тепловой расчет двигателя

Политропа сжатия Политропа расширения



Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя, мм

Тепловой расчет двигателя, МПа

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя, мм

Тепловой расчет двигателя, МПа

1 8,8 8,5 18,76 34,1 1,7 (точка с) 14,2 136,9 6,84 (точка z)
2 9,3 8 17,39 31,6 1,58 13,2 127,8 6,39
3 10,7 7 14,35 26,1 1,3 11,14 107,4 5,36
4 14,9 5 9,12 16,6 0,83 7,39 71,28 3,56
5 18,7 4 6,68 12,1 0,6 5,58 53,7 2,68
6 24,9 3 4,51 8,2 0,41 3,91 37,7 1,88
7 37,4 2 2,58 4,7 0,23 2,36 22,77 1,138
8 49,86 1,5 1,74 3,1 0,15 1,653 15,93 0,796
9 74,8 1 1 1,82 0,091(точка а) 1 9,64(точка b) 0,482

Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходен n = 5600 об/мин., то фазы газораспределения устанавливаем с учетом получения хорошей очистки от отработавших газов и обеспечения дозарядки. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r΄) устанавливается за 18˚ до прихода поршня в В.М.Т., а закрытие (точка а΄΄) – через 60˚ после прохода поршнем Н.М.Т.; начало открытия выпускного клапана (точка b΄) принимаем за 55˚ до прихода поршня в Н.М.Т., а закрытие (точка а΄) – через 25˚ после прохода поршнем В.М.Т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимаем равным 35˚, а период воспламенения ∆φ1 = 5˚.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня:


Тепловой расчет двигателя


где λ — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

При построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ = 0,285.

Расчеты координат точек r', а', а", с', f и b' сведены в табл.


Обозначение точек Положение точек

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя

Расстояние точек от в.м.т. (AX), мм

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателядо в.м.т.

18 0,0626 2,06

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателяпосле в.м.т.

25 0,1194 3,9

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателяпосле н.м.т.

60 1,5969 52,7

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателядо в.м.т.

35 0,2279 7,5

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателядо в.м.т.

30 0,1696 5,6

Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателядо н.м.т.

55 1,6686 55,06

Положение точки Тепловой расчет двигателяопределяется по формуле:

Тепловой расчет двигателя МПа;

Тепловой расчет двигателямм.

Действительное давление сгорания

Тепловой расчет двигателя МПа;

Тепловой расчет двигателямм.

Соединяя плавными кривыми точки r с а', с' с с" и далее с zд и кривой расширения, b' с b" (точка b" располагается обычно между точками b и а) и линией выпуска b"r' r, получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc"zдb'b"r.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей; учеб. пособие для вузов.; М.: Высшая школа, 1980.- 400с.

Размещено на

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: