Расчет проектируемого двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет проектируемого двигателя



Содержание

1. Выбор и обоснование исходных данных

1.1 Марка топлива

1.2 Понижение давления на впуске

1.3 Давление и температура остаточных газов

1.4 Температура подогрева свежего заряда

1.5 Показатель политропы сжатия

1.6 Коэффициент использования теплоты на участке сгорания

1.7 Показатель политропы расширения

1.8 Средняя скорость поршня

2. Тепловой расчет проектируемого двигателя

2.1 Параметры рабочего тела

2.2 Процесс впуска

2.3 Процесс сжатия

2.4 Процесс сгорания

2.5 Процесс расширения

2.6 Индикаторные показатели двигателя

2.7 Эффективные показатели двигателя

2.8 Основные параметры цилиндра и показатели двигателя

3. Построение индикаторной диаграммы

4. Построение внешней скоростной характеристики

Приложение

Список использованных источников



1. Выбор и обоснование исходных данных

Исходные данные принимаем согласно варианту 07:

Прототип двигателя внутреннего сгорания……………………ЯМЗ-236

Максимальная мощность…………………………………...

Степень сжатия……………………………………………………

Коэффициент избытка воздуха…………………………………...

Частота вращения коленчатого вала………………………..

1.1 Марка топлива

В соответствии с типом двигателя и учетом степени сжатия выбираем дизельное топливо с основными характеристиками:

содержание

содержание

содержание

средняя молярная масса

низшая теплота сгорания топлива

1.2 Понижение давления на впуске

Понижение давления при движении заряда во впускной системе пропорционально квадрату скорости газа в сечении с наименьшей площадью и зависит от суммарного коэффициента сопротивления впускной системы и средней скорости движения заряда.

Средняя скорость воздуха в проходных сечениях впускных клапанов дизелей . По опытным данным суммарный коэффициент сопротивления впускной системы на ном*8инальном режиме составляет . Большие значения показателей соответствуют высокооборотистым двигателям.

В соответствии со скоростным режимом для дизеля принимаем ; .

1.3 Давление и температура остаточных газов

После завершения каждого цикла в цилиндре двигателя остаются продукты сгорания, давление которых и температура зависят от сопротивления выпускного тракта, фаз газораспределения и быстроходности двигателя.

Давление остаточных газов можно принять , а температуру для дизелей . Большие значения и принимают для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала двигателя.

В соответствии с частотой вращения коленчатого вала для дизеля принимаем ; .

1.4 Температура подогрева свежего заряда

Температура подогрева свежего заряда зависит от наличия специального подогрева стенок впускных каналов и теплового состояния двигателя. Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда, что отрицательно сказывается на наполнении цилиндра. Эти два противоположных фактора учитываются при установлении величины подогрева заряда. Для дизелей без наддува .

Принимаем .

1.5 Показатель политропы сжатия

Расчет параметров заряда в процессе сжатия проводится по условному среднему за процесс показателю политропы сжатия . Показатель политропы сжатия можно определить по номограмме [1] для принятой степени сжатия и или выбрать из диапазона .

Принимаем .

1.6 Коэффициент использования теплоты на участке сгорания

Учитывает потери теплоты от теплопередачи к стенкам цилиндров в период сгорания топлива и потери от диссоциации продуктов сгорания (внутренние потери). По опытным данным величина на режиме полной мощности для дизелей с неразделенными камерами изменяется в пределах .

Принимаем .

1.7 Показатель политропы расширения

Расчет параметров процесса расширения проводится по уравнениям политропического процесса с усредненным показателем политропы расширения . Показатель политропы можно определить по номограмме для дизеля [1] или выбрать из диапазона .

Принимаем .



1.8 Средняя скорость поршня

Является критерием быстроходности двигателя. С увеличением скорости поршня возрастают механические потери и износ деталей КШМ, но одновременно возрастает и литровая мощность двигателя. Поэтому с учетом разных факторов и двигателя прототипа среднюю скорость поршня для расчетов принимаем (см. Приложение).



2. Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет проектируемого двигателя выполняем для режима максимальной мощности. Принимаем .

2.1 Параметры рабочего тела

Необходимые параметры рабочего тела, с учетом содержания , и в топливе, можно рассчитать следующим образом.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

в килограммах:

; (1)

в киломолях:

, (2)

где - молярная масса воздуха, .

Количество свежего заряда, в киломолях на 1 кг топлива для дизеля:

. (3)

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания, в киломолях на 1 кг топлива:

при

; (4)

; (5)

; (6)

. (7)

Общее количество продуктов сгорания, в киломолях на 1 кг топлива:

при

. (8)

2.2 Процесс впуска

Плотность свежего заряда на впуске:

, (9)

где , - давление и температура окружающего воздуха, ,

; (10)

- газовая постоянная воздуха, .

Потери давления на впуске:

, (11)

где - суммарный коэффициент сопротивления впускной системы,

, в соответствии с пунктом 1.2;

- средняя скорость движения заряда в проходном сечении клапана, , в соответствии с пунктом 1.2.

Давление в конце впуска:

. (12)

Коэффициент остаточных газов:

, (13)

где - давление остаточных газов в конце впуска, ;

, - температура остаточных газов и подогрева свежего заряда, .

Температура в конце впуска:

. (14)

Коэффициент наполнения:

. (15)

2.3 Процесс сжатия

Давление в конце сжатия:

, (16)

где - средний показатель политропы сжатия, в соответствии с пунктом 1.5.

Температура в конце сжатия:

. (16)

Средняя молярная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия в интервале температур от до при :

. (17)

2.4 Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

. (18)

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

. (19)

Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от до ,

при , :

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

; (20)

при :

. (21)

Температура в конце сгорания определяется из уравнения для дизеля при :

, (22)

где - коэффициент использования теплоты на участке сгорания, в соответствии с пунктом 1,6;

- низшая теплота сгорания топлива, = 42440 ;

- степень повышения давления, для дизелей. Принимаем.

(23)

После подстановки в уравнение значений и (сmр”) и последующих преобразований выражение принимает вид квадратного уравнения:

, (24)

отсюда:

. (25)

Давление в конце сгорания для дизеля:

; (26)

, (27)

где - действительное давление в конце сгорания.

2.5 Процесс расширения

Степень предварительного расширения для дизеля:

. (28)

Степень последующего расширения для дизеля:

. (29)

Давление в конце расширения для дизеля:

, (30)

где - средний показатель политропы расширения, согласно пункту 1.7.

Температура в конце расширения для дизеля:

. (31)

Проверка температуры остаточных газов осуществляется по формуле:

, (32)

Расхождение между принятой величиной и полученной величиной не должно превышать .

, (33)

что допустимо.

Следовательно, тепловой расчет двигателя произведен верно.

2.6 Индикаторные показатели двигателя

Среднее теоретическое индикаторное давление для дизеля:

, (34)

(35)

Действительное среднее индикаторное давление:

, (36)

где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, .

Принимаем .

Индикаторный КПД двигателя:

. (37)

Индикаторный удельный расход топлива:

. (38)



2.7 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь приближенно можно определить в зависимости от средней скорости поршня:

, (39)

где , - эмпирические коэффициенты, значения которых для данного типа двигателя с учетом отношения двигателя прототипа находим в справочных таблицах [1, 2].

Среднее эффективное давление:

. (40)

Механический коэффициент полезного действия двигателя:

. (41)

Эффективный коэффициент полезного действия двигателя:

. (42)

Эффективный удельный расход топлива:

. (43)

2.8 Основные параметры цилиндра и показатели двигателя

Литраж двигателя:

; (44)

где - заданная максимальная мощность двигателя, = 130 кВт;

- частота вращения, принимаем по двигателю прототипу .

Рабочий объем цилиндра:

, (45)

где - число цилиндров, в соответствии с прототипом .

Диаметр цилиндра и ход поршня:

, (46)

где - параметр ходности двигателя прототипа .

Принимаем округленное значение .

Находим S:

. (47)

Принимаем округленное значение .

По окончательным принятым значениям и уточняем основные показатели двигателя:

площадь поршня

; (48)

литраж двигателя

; (49)

мощность двигателя

; (50)

крутящий момент

; (51)

часовой расход топлива

; (52)

средняя скорость поршня

; (53)

Сравним расчетное значение со значением двигателя прототипа . Расхождение не должно превышать .

,что допустимо.

Следовательно основные размеры цилиндра и параметры двигатели определены верно.

Для оценки и сравнения проектируемого двигателя с прототипом используем удельные показатели двигателя:

литровая мощность

; (54)

удельная масса

, (55)

где - сухая масса двигателя - прототипа, .



3. Построение индикативной диаграммы

При построении индикаторной диаграммы масштаб выбираем с таким расчетом, чтобы высота диаграммы была больше основания в 1,7…2,0 раза.

По оси абсцисс откладываем отрезок , величина которого с учетом выбранного масштаба соответствует рабочему объему цилиндра , а численное значение- ходу поршня в масштабе . Тогда величина отрезка , соответствующая объему камеры сгорания , определяется из соотношения ( см. диаграмму ):

, ОВ = 140 + 9,15 = 149,15 мм, (56)

а величина отрезка для дизеля из выражения:

. (57)

По оси ординат в выбранном масштабе в 1мм откладываем значения давлений в характерных точках диаграммы , , , , .

,

,

,

,

,

,

двигатель топливо индикаторная дизельный

Линию, соответствующую атмосферному давлению ,, проводим в виде тонкой горизонтали.

Построение политроп сжатия и расширения производим аналитическим методом.

При аналитическом методе построение политроп сжатия и расширения вычисляем ряд точек для промежуточных объемов, расположенных между и ,и между и по следующим формулам:

для политропы сжатия:

(58)

для политропы расширения:

(59)

где и - давление и объем в искомой точке сжатия и расширения.

Результаты расчетов промежуточных точек кривых сжатия и расширения приведены в таблице 1.

Таблица 1

Значения расчетных точек политроп сжатия и расширения

№ точки	ОХ, мм	ОВ/ОХ	Политропа сжатия	Политропа расширения
			(ОВ/ОХ)n1	Рx, МПа	Рx/mp, мм	(ОВ/ОХ)n2	Рx, МПа	Рx/mp, мм
1	19,15	7,79	16,65	1,58	31,6	13,48	4,72	94,4
2	29,15	5,12	9,37	0,89	17,8	7,92	2,77	55,4
3	39,15	3,81	6,25	0,59	11,8	5,45	1,91	38,2
4	49,15	3,03	4,58	0,43	8,6	4,07	1,42	28,4
5	59,15	2,52	3,55	0,34	6,8	3,23	1,13	22,6
6	69,15	2,16	2,87	0,27	5,4	2,65	0,93	18,6
7	79,15	1,88	2,37	0,23	4,6	2,23	0,78	15,6
8	89,15	1,67	2,02	0,19	3,8	1,92	0,67	134
9	99,15	1,50	1,74	0,17	3,4	1,67	0,58	11,6
10	109,15	1,37	1,54	0,15	3	1,49	0,52	10,4
11	119,15	1,25	1,36	0,13	2,6	1,33	0,47	94
12	129,15	1,15	1,21	0,12	2,4	1,19	0,42	8,4
13	139,15	1,07	1,10	0,10	2	1,09	0,38	7,6

Для определения действительного среднего индикаторного давления рабочего цикла через площадь , построеной диаграммы, производят ее скругление.

Это объясняется следующим. В реальном двигателе за счет опережения зажигания или впрыска топлива (точка ) рабочая смесь воспламеняется раньше и давление в конце процесса сжатия повышается (до точки ), а за счет опережения открытия выпускного клапана (точка ) давление в конце процесса расширения снижается (до точки ). Процесс сгорания протекает по линии, так как смесь в цилиндре догорает после прохождения поршнем ВМТ в точке

Для определения местоположения точек ниже оси абсцисс проводим прямую, на которой строим полуокружность радиусом:

. (60)

Из центра полуокружности вправо откладывают отрезок (поправка Брикса):

(, примем ) , (61)

Из нового центра проводим лучи под углом (угол опережения впрыска) и под углом (угол опережения открытия выпускного клапана). Точки С и D сносим на кривую сжатия (точка ) и кривую расширения (точка ). Для современных быстроходных двигателей угол опережения открытия выпускного клапана находится в пределах ,а угол опережения зажигания .

Действительное среднее индикаторное давление, МПа,

, (62)

где - площадь диаграммы (, ,, ,,), мм².

Определим площадь с помощь графической программы АСКОН КОМПАС 3D V12,

F = 2758,8 мм.

. (63)

Расхождение между расчетной величиной P_i и полученной по индикаторной диаграмме не должно превышать 5 %:

, (погрешность допустима). (64)



4. Построение внешней скоростной характеристики

Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость основных показателей двигателя от частоты вращения вала двигателя при полной подаче топлива и является основной характеристикой двигателя. Эту характеристику можно построить по результатам теплового расчета, произведенного для режима полной мощности.

Характеристику строим для 7 значений частот вращения коленчатого вала двигателя в интервале от до ,

где - частота вращения, соответствующая , .

Промежуточные точки для построения кривых и определяем по следующим эмпирическим формулам:

Эффективная мощность для дизелей с неразделенными камерами, кВт:

, (65)

где и - максимальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин^-1) при максимальной мощности;

и - эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин^-1) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.

Удельный эффективный расход топлива для дизелей с неразделенными камерами сгорания, ,

, (66)

где - удельный расход топлива в рассчитываемых точках скоростной характеристики, ;

- удельный расход топлива, соответствующий максимальной мощности, .

Эффективный крутящий момент, ,

. (67)

Часовой расход топлива, кг/ч,

. (68)

Значение величин , , принимаем на основании теплового расчета двигателя.

Результаты расчетов заносим в таблицу 2, после чего строим кривые внешней скоростной характеристики двигателя.

Таблица 2

Расчетные точки внешней скоростной характеристики

525	36,48	663,87	296,47	10,82
840	62,23	707,79	263,8	16,42
1155	87,75	724,2	242,02	21,19
1470	109,74	713,24	231,13	25,36
1785	126,09	674,88	231,13	29,14
2100	133,88	609,09	242,02	32,4

По результатам теплового расчета и данным внешней скоростной характеристики заполняем таблицу основных показателей рассчитываемого двигателя и прототипа

Таблица 3

Значения основных показателей двигателя-прототипа и рассчитываемого двигателя

Показатель	Обозначение	Размерность	Двигатель прототип	Рассчитываемый двигатель
Максимальная мощность		кВт	132,40	133,88
Частота вращения коленчатого вала при		мин-1	2100	2100
Рабочий объем цилиндров		л	11,14	11,15
Степень сжатия			16,3	16,3
Диаметр поршня		мм	130	130
Ход поршня		мм	140	140
Крутящий момент при		Н·м	667,00	609,09
Среднее эффективное давление		МПа	0,75	0,753
Удельный расход топлива		г/(кВтч)	238	242,02
Средняя скорость поршня		м/с	9,8	9,66
Литровая мощность		кВт/л	11,89	13,32
Масса двигателя		кг	880	880



Список использованных источников

1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. 3-е изд. М: Высш. школа, 2003. 493 с.

2. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. 4-е изд., стер. М.: Высш. шк., 2008. 496 с.

3. Пустошный П.А. Автомобильные двигатели. Методические указания к выполнению контрольной работы и курсового проекта для студентов-заочников спец. 190601.65. Архангельск: изд. АГТУ. 2005. 47 с.

Размещено на Allbest.ru

...