Производство двигателей внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирская автомобильно-дорожная академия

Кафедра: Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование

Контрольная работа

на тему: Производство двигателей внутреннего сгорания

по дисциплине: Рабочие процессы, конструкции и основы расчета энергетических установок и транспортно-технологического оборудования

Студент:

Заикин Олег Анатольевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

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. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

6. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

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 мощности 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 поршневом 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.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Мощность двигателя, Ne = 56 кВт;

2. Частота вращения коленчатого вала, nN = 5700 об/мин;

3. Такт двигателя, ф = 4;

4. Количество цилиндров, i = 4, рядное;

5. Тип охлаждения - жидкостное;

6. Степень сжатия, е = 8,8.

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. 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 = 20? С;

- Коэффициент наполнения зv = 0,8;

- Коэффициент избытка воздуха б = 0,96.

В соответствии с заданной степенью сжатия е = 8,8 можно использовать бензин АИ 93. Молекулярная масса топлива:

- С = 0,855;

- Н = 0,145;

- mt = 115 кг/моль.

Низшая теплота сгорания:

Нu = 33,91 * C + 125,6 * H - 2,51 * 9 * H = 43930 МДж/кг

Средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.

Средний показатель политропы расширения n2 = 1,24.

Коэффициент использования тепла о = 0,9.

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

2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА

Давление в конце впуска:

Где:

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

Где:

в - коэффициент затухания скорости движения заряда;

- коэффициент сопротивления впускной системы;

- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы;

- плотность заряда на впуске.

Коэффициент остаточных газов:

Температура в конце впуска:

2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Давление в конце сжатия:

Температура в конце сжатия:

2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива.

Наименьшее количество кислорода, которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления.

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:

Количество молей продуктов сгорания:

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

- коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

Температура конца видимого сгорания Тz для карбюраторного двигателя б<1:

Где:

о - коэффициент использования тепла;

и - средние мольные теплоёмкости при постоянном объёме рабочей смеси и продуктов сгорания.

Определяем температуру в конце сгорания по уравнению сгорания:

Тогда получим:

Давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя:

Степень повышения давления:

2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ

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



3. ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

Теоретическое средние индикаторное давление:

Действительное средние индикаторное давление:

Где:

ц - коэффициент округления индикаторной диаграммы для карбюраторных двигателей принимаем равным 0,96.

Индикаторный КПД цикла и удельный расход топлива:

Средние давление механических потерь:

Средние эффективное давление:

Механический КПД двигателя:

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ

Определяем рабочий объём двигателя по формуле:

Где:

ф = 4 - такт двигателя;

i = 4 - число цилиндров.

Объём одного цилиндра:

Диаметр цилиндра.

Так как ход поршня предварительно был принят S = 78 мм., то:

Окончательно принимается:

D = 70 мм.;

S = 78 мм.

Площадь поршня:

Литраж двигателя:



Мощность двигателя:

Nе =

Литровая мощность двигателя:

Nл =

Крутящий момент:

Ме =

Часовой расход топлива:

G_T = Nе Ч gе Ч 10^-3 = 55,3 Ч 248Ч10^-3 = 13,7

5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 c.:

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

Где:

С = 0,5 - коэффициент пропорциональности (для четырехтактных двигателей С = 0,45);

I - число цилиндров;

D - диаметр цилиндра, см.;

m = 0,65 - показатель степени (для четырехтактных m = 0,6);

n - частота вращения двигателя, мин^-1.

Теплота, потерянная из-за хим. неполноты сгорания топлива:

Теплота, унесенная с отработавшими газами:



Неучтенные потери теплоты:

Q_m = 221920 - (117000 + 13948 + 74589 + 12510) = 3873 Дж/с.

Составляющие теплового баланса	Карбюраторный двигатель
	Q, Дж/с	q,%
Теплота, эквивалентная эффективной работе	55300	33,07
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	47664	28,5
Теплота, унесенная с отработавшими газами	50076	29,95
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива	9422	5,63
Неучтенные потери теплоты	3873	2,85
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом	167178	100

6. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

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

- Ne = 55,3 кВт;

- Nн = 5700 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Мs = 1 мм.

Масштаб давлений.

Мр = 0,05 МПа в мм.

Приведенные величины, соответствующие:

- рабочему объему цилиндра;

- рабочему объему камеры сгорания.

Максимальная высота диаграммы (точка z):

Ординаты характерных точек:

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия:

Отсюда:

б) политропа расширения:

Отсюда:

Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходен n = 5700 об/мин., то фазы газораспределения устанавливаем с учетом получения хорошей очистки от отработавших газов и обеспечения дополнительной зарядки. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка rґ) устанавливается за 18? до прихода поршня в В.М.Т.

А закрытие (точка аґґ) - через 60? после прохода поршнем Н.М.Т.

Результаты расчета точек политроп приведены в таблице ниже.

№ точек	OX, мм		Политропа сжатия	Политропа расширения
					, МПа
1	10,0	8,8	19,68	36	1,8 (точка с)	14,82	122	6,1 (точка z)
2	11,0	8	17,27	29,8	1,49	13,18	120	6,00
3	13,0	6,8	13,74	24,8	1,24	10,71	101,5	5,08
4	16,0	5,5	10,33	15,6	0,78	8,28	66,7	3,34
5	22,0	4	6,68	11,5	0,58	5,58	50,4	2,52
6	32,0	2,8	3,99	7,7	0,39	3,50	35,2	1,76
7	44,0	2	2,58	4,4	0,22	2,36	21,2	1,06
8	66,0	1,3	1,48	3,0	0,15	1,42	14,8	0,74
9	88,0	1	1	1,82	0,091 (как точка а)	1	8,72 (точка b)	0,436

Начало открытия выпускного клапана (точка bґ) принимаем за 55? до прихода поршня в Н.М.Т., а закрытие (точка аґ) - через 25? после прохода поршнем В.М.Т.

Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания и принимаем равным 35?, а период воспламенения ?ц = 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:

Где:

л - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

При построении индикаторной диаграммы принимается л = 0,285.

Для обоснования расчетов координат точек r', а', а", с', f и b' сведем такую таблицу.

Обозначение точек	Положение точек			Расстояние точек от в.м.т. (AX), мм
r'	180до в.м.т.	18	0,0626	2,06
a'	250после в.м.т.	25	0,1194	3,9
a''	600после н.м.т.	60	1,5969	52,7
c'	350до в.м.т.	35	0,2279	7,5
f	300до в.м.т.	30	0,1696	5,6
b'	550до н.м.т.	55	1,6686	55,06

Положение точки определяется по формуле:

Действительное давление сгорания:

двигатель карбюраторный индикаторный

Соединяя плавными кривыми точки r, с, а', с', с, с" и далее с z 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", zb', b", r.

Размещено на Allbest.ru

...