Тепловой расчет двигателя
Давление и температура окружающей среды и остаточных газов. Зависимость составляющих теплового баланса двигателя с впрыском топлива от частоты вращения коленчатого вала. Потерянное количество теплоты и средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.11.2017 |
| Размер файла | 716,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство по образованию
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
Кафедра «Гидромеханики и теплоэнергетики»
Курсовой проект
Часть 1
«Тепловой расчет двигателя»
Выполнил: ст.
Руководитель: Лысенко Е.А.
Омск 2013
Задание к курсовому проекту по дисциплине ``Рабочие процессы, конструкция и основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок'' направление ``Эксплуатация транспортных средств''.
Курсовой проект в 2-х частях:
1.Тепловой расчет.
2.Динамический расчет и кинематический расчет.
Дата выдачи Дата сдачи записки Дата защиты
задания: на проверку: курсового проекта
Произвести тепловой расчет 4-х тактного двигателя с искровым зажиганием, предназначенного для легкового автомобиля, расположение цилиндров рядное
Таблица 1
|
шифр |
Раб. Объем Vh,смі |
Топливо |
Степень сжатия, е |
Расчетная частота, мин/Соотв. Коэф. Избытка воздуха , б |
Примеч. |
||||
|
Nmin |
nм |
nN |
nмах |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
0,85 |
АИ 92 |
7 |
955 |
3055 |
5755 |
6315 |
|||
|
0,95 |
1 |
1 |
0,92 |
Результаты теплового расчета каждого процесса сводятся в таблице, окончание расчета -тепловой баланс ,представленный в виде следующей таблице
Таблица 2
|
Составляющие теплового баланса |
nmin |
nм |
nN |
nмах |
|||||
|
Q[Дж] |
q ,% |
Q[Дж] |
q ,% |
Q[Дж] |
q ,% |
Q[Дж] |
q ,% |
||
|
Теплота, эквивалентная эффективной работе |
6709 |
29,99 |
24849 |
37,44 |
42531 |
32,85 |
44978 |
31,99 |
|
|
Теплота, унесенная отработанными газами |
5432 |
24,28 |
21959 |
33,08 |
44694 |
34,52 |
44694 |
34,63 |
|
|
Теплота, передаваемая охлаждающей среде |
5080 |
22,71 |
17167 |
25,87 |
38309 |
29,59 |
41482 |
28,94 |
|
|
Общее количество теплоты, введенное в двигатель |
22367 |
100 |
66358 |
100 |
129459 |
100 |
138367 |
100 |
Руководитель _______________ Студент _________________
Подпись Подпись
Введение
В настоящее время 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 двигателя.
Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к их качеству при возростающем объеме 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.
Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предпологаемые показатели цикла, мощности и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра, ход поршня и радиус коленчатого вала) и проверить на прочность его основные основные детали.
Тепловой расчёт. Параметры рабочего тела
Выбор прототипа
По заданному литражу выбираем прототип: Ваз- 2106.
Размеры цилиндров и скорость поршня
Ход поршня рассчитываем исходя из заданного литража (0,85 л) и отношения S/D . Принимаем S/D=1, т.е. используем короткоходный двигатель. сгорание температура двигатель коленчатый
Принимаем: S=65 мм; D=65 мм.
Степень сжатия задана .
.
Расчётные режимы по частоте
=955- минимальная частота;
=3055- частота при максимальном моменте;
=5755- частота при максимальной мощности;
=6315 - максимальная частота.
Марка топлива
АИ-92, где 92- октановое число, установленное по исследовательскому методу.
Исходные данные приведены в таблице исходных данных (табл.1)
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:
.
кмоль возд./кг топл.;
теоретически необходимая масса воздуха:
.
кг возд./кг топл.
Коэффициент избытка воздуха
б = Lg/Lo = lg / lo,
где Lg, lg -- соответственно количество кмолей и количество кг воздуха содержащегося в составе свежей смеси; Lo, lo -- соответственно количество кмолей и количество кг воздуха теоретически необходимого (стехиометрическое) для полного сгорания одного кг топлива.
Значение величин б задано в задании при соответствующих частотах
=б=0,95; = б=1; = б; =6315
Количество горючей смеси:
.
Для б = 0,95:
кмоль гор.см./кг топл.;
для б = 1:
кмоль гор.см./кг топл.;
для б = 0,92:
кмоль гор.см./кг топл.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,47 и принятых скоростных режимах:
.
Для б = 0,95:
кмоль СО2/кг топл.;
для б = 1:
кмоль СО2/кг топл.;
для б = 0,92:
кмоль СО2/кг топл.
.
Для б = 0,95:
кмоль СО/кг топл.;
для б = 1:
кмоль СО/кг топл.;
для б = 0,92:
кмоль СО/кг топл.
.
Для б = 0,95:
кмоль Н2О/кг топл.;
для б = 1:
кмоль Н2О/кг топл.;
для б = 0,92:
кмоль Н2О/кг топл.
.
Для б = 0,95:
кмоль Н2/кг топл.;
для б = 1:
кмоль Н2/кг топл.;
для б = 0,92:
кмоль Н2/кг топл.
.
Для б = 0,95:
кмоль N2/кг топл.;
для б = 1:
кмоль N2/кг топл.;
для б = 0,92:
кмоль N2/кг топл.
Общее количество продуктов сгорания:
.
Для б = 0,95:
кмоль прод. сгор./кг топл.;
для б = 1:
кмоль прод. сгор./кг топл.;
для б = 0,92:
кмоль прод. сгор./кг топл.
Таблица 3 Результаты расчётов количества продуктов сгорания
|
Параметры |
|||||
|
n |
995 |
3055 |
5755 |
6315 |
|
|
б |
0,95 |
1 |
1 |
0,92 |
|
|
0,4998 |
0,5257 |
0,5257 |
0,4843 |
||
|
0,0639 |
0,0713 |
0,0713 |
0,0595 |
||
|
0,0073 |
0 |
0 |
0,0117 |
||
|
0,069 |
0,0725 |
0,0725 |
0,067 |
||
|
0,0034 |
0 |
0 |
0,0055 |
||
|
0,389 |
0,4095 |
0,4095 |
0,3767 |
||
|
0,5327 |
0,5532 |
0,5532 |
0,5205 |
Процесс впуска и газообмена
Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува МПа и К.
Температура остаточных газов. При постоянных значениях степени сжатия =7 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при б=const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения n и б, можно принять значения для различных режимов двигателя с впрыском топлива по рис. 5.2(А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.106).
Давление остаточных газов за счет расширения фаз газораспределения и снижении сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемых двигателей можно принять на номинальном скоростном режиме:
Мпа.
Тогда величины давлений на остальных режимах работы двигателя можно подсчитать по формуле:
,
где .
При об/мин :
.
Для об/мин:
Мпа;
для об/мин:
Мпа;
для об/мин:
Мпа;
для об/мин:
Мпа.
Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальных скоростных режимах принимается °С для карбюраторного двигателя. Тогда на остальных режимах ДТ рассчитываются по формуле:
,
Где ,
тогда при об/мин имеем:
.
Для об/мин:
°С;
для об/мин:
°С;
для об/мин:
°С.
Для об/мин:
°С.
Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом (n=5755 об/мин) и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять для двигателя с впрыском топлива: и м/с. Тогда на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:
,
Где .
Тогда при об/мин имеем:
Для об/мин:
Мпа;
для об/мин:
МП;
для об/мин:
Мпа;
для об/мин:
Мпа.
Давление в конце впуска:
.
Мпа, и т.д.
Коэффициент остаточных газов. При определении для двигателя с впрыском топлива принимаем коэффициент очистки , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме ( об/мин) - . При этом на минимальном скоростном режиме( об/мин)
. На остальных режимах значения можно получить, приняв линейную зависимость от скоростного режима (см. А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.107, рис. 5.2). Тогда:
.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Температура в конце впуска:
.
Для об/мин:
К;
для об/мин:
К;
для об/мин:
К;
для об/мин:
К.
Коэффициент наполнения:
.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Таблица 4 Результаты расчета процесса впуска и газообмена
|
Параметры |
Процесс впуска и газообмена |
||||
|
n |
995 |
3055 |
5755 |
6315 |
|
|
б |
0,95 |
1 |
1 |
0,92 |
|
|
900 |
1005 |
1060 |
1070 |
||
|
0,1037 |
0,1053 |
0,11 |
0,1113 |
||
|
15,379 |
11,32 |
6 |
4,897 |
||
|
0,000401 |
0,003781 |
0,13418 |
0,016156 |
||
|
0,099599 |
0,096219 |
0,086582 |
0,083844 |
||
|
0,95 |
1,025 |
1,105 |
1,12 |
||
|
0,063601 |
0,054518 |
0,055436 |
0,056765 |
||
|
343,757 |
340,545 |
338,971 |
339,371 |
||
|
0,884631 |
0,938795 |
0,914138 |
0,89506 |
Процесс сжатия
Средний показатель адиабаты сжатия k1 (при =10, а также рассчитанных значениях ) определяется по номограмме (см. А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 73, рис. 4.4), а средний показатель политропы сжатия n1 принимается несколько меньше k1. При выборе учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнения с k1 более значительно: при об/мин, =386 К и =10 показатель адиабаты сжатия определен по номограмме k1 =1,368, а n1 =1,360, т.е. принят нисколько ниже. Для остальных случаев n k1 и n1 определяются аналогично.
Давление в конце сжатия:
.
Для об/мин:
МПа;
для об/мин:
Мпа;
для об/мин:
Мпа;
для об/мин:
Мпа.
Температура в конце сжатия:
.
Для об/мин:
К;
для об/мин:
К;
для об/мин:
К;
для об/мин:
К.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
а) свежей смеси (воздуха):
,
где .
Для об/мин:
,
кДж/(кмоль·град);
для об/мин:
,
кДж/(кмоль·град);
для об/мин:
,
кДж/(кмоль·град);
для об/мин:
,
кДж/(кмоль·град);
б) остаточных газов - определяется методом интерполяции по табл. 3.8 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 59).
Для об/мин:
,
где 23,586 - значение теплоемкости продуктов сгорания при 400°С соответственно при б = 0,95 взятые по табл.3.8;
,
где 24,014 - значения теплоемкости продуктов сгорания при 500°С соответственно при б = 0,95 взятые по табл.3.8.
Теплоемкость продуктов сгорания при =444°С и б = 0,95:
кДж/(кмоль·град);
Для остальных случаев рассчитывается аналогично.
Для об/мин:
,
тогда теплоемкость продуктов сгорания при =438°С и б = 1:
кДж/(кмоль·град);
для об/мин теплоемкость продуктов сгорания соответственно при =435єC и б=1 равна:
кДж/(кмоль·град);
для об/мин, при = 436єС и б = 0,92:
кДж/(кмоль·град)
в) рабочей смеси:
.
Для об/мин:
кДж/(кмоль·град);
для об/мин:
кДж/(кмоль·град);
для об/мин:
кДж/(кмоль·град);
для об/мин:
кДж/(кмоль·град).
Таблица 5 Результаты расчета процесса сжатия
|
Параметры |
Процесс сжатия |
||||
|
n |
995 |
3055 |
5755 |
6315 |
|
|
1,3785 |
1,3785 |
1,3785 |
1,3785 |
||
|
1,3783 |
1,3783 |
1,3783 |
1,3783 |
||
|
1,456 |
1,406 |
1,265 |
1,225 |
||
|
717,218 |
711,009 |
707,723 |
708,557 |
||
|
444,715 |
438,009 |
434,723 |
708,557 |
||
|
21,7732 |
21,7555 |
21,7468 |
21,749 |
||
|
23,7786 |
23,8784 |
23,8653 |
23,6561 |
||
|
21,8931 |
21,8652 |
21,8581 |
21,8514 |
Процесс сгорания
Коэффициент молекулярного изменения горючей и, соответственно, рабочей смеси:
и .
Для об/мин:
и ;
для об/мин:
и ;
для об/мин:
и ;
для об/мин:
и .
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси:
и ,
где принять равным 43930 кДж/кг.
Для об/мин:
кДж/кг,
кДж/кмоль раб.см.;
для об/мин:
кДж/кг,
кДж/кмоль раб.см.;
для об/мин:
кДж/кг,
кДж/кмоль раб.см.;
для об/мин:
кДж/кг,
кДж/кмоль раб.см.
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:
определяется по эмпирическим формулам, приведенным в табл. 3.6 и 3.7 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 58 - 59) для интервала температур от 1501 до 2800°С, соответственно имеем:
Для об/мин:
для об/мин:
для об/мин:
для об/мин:
Коэффициент использования теплоты зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Он повышается за счет снижения потерь теплоты газов в стенки цилиндра и неплотностимежду поршнем и цилиндром. При увеличении скоростного режима снижается. При проведении расчетов двигателя выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. На рис. 5.1 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 106) приведена достаточно реальная зависимость от скоростного режима карбюраторного двигателя. В соответствии с этим рисунком приняты величины коэффициента использования теплоты:
для об/мин:
=0,875;
для об/мин:
=0,97;
для об/мин:
=0,99;
для об/мин:
=0,98.
Температура в конце видимого процесса сгорания:
.
.
для об/мин:
,
или
,
откуда имеем:
°С,
К;
для об/мин:
,
или
,
откуда имеем:
°С,
К;
для об/мин:
,
или
,
откуда имеем:
°С,
К;
для об/мин:
,
или
,
откуда имеем:
°С,
К;
Максимальное давление сгорания теоретическое:
.
Для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа.
Максимальное давление сгорания действительное:
.
Для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа.
Степень повышения давления:
.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Таблица 6 Результаты расчета процесса сгорания
|
Параметры |
Процесс сгорания |
||||
|
n |
995 |
3055 |
5755 |
6315 |
|
|
1,06591 |
1,0523 |
1,0523 |
1,0747 |
||
|
1,06197 |
1,04963 |
1,04959 |
1,07065 |
||
|
3100,71 |
0 |
0 |
4961,13 |
||
|
76805,33 |
79243,63 |
79174,7 |
76141,15 |
||
|
24,616+ +0,002072tz |
24,781+ +0,002091tz |
24,781+ +0,002091tz |
24,511+ +0,00206tz |
||
|
0,875 |
0,97 |
0,99 |
0,98 |
||
|
2441,573 |
2504,577 |
2500,991 |
2412,267 |
||
|
2714,573 |
2777,577 |
2773,991 |
2685,267 |
||
|
5,847 |
5,766 |
5,206 |
4,972 |
||
|
4,9697 |
4,9012 |
4,4249 |
4,2262 |
||
|
4,017 |
4,100 |
4,114 |
4,058 |
Процессы расширения и выпуска
Средний показатель адиабаты расширения определяется по номограмме, рис. 4.8, (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.82) при заданном для соответствующих значений , а средний показатель политропы расширения оценивается по величине среднего показателя адиабаты:
при =7, и =1,2535, что позволяет принять =1,2455, для остальных режимов работы двигателя показатели находятся аналогично;
и =1,2505, что позволяет принять =1,2425;
и =1,2507, что позволяет принять =1,2427;
и =1,255, что позволяет принять =1,247.
Давление и температура в конце процесса расширения:
Для об/мин:
МПа и К;
для об/мин:
Мпа и К;
для об/мин:
Мпа и К;
для об/мин:
Мпа и К.
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
.
Для об/мин:
К, %;
для об/мин:
К, %;
для об/мин:
К, %;
для об/мин:
К, %,
где ? погрешность расчета.
На все скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, т.к. ошибка не превышает 2%. Только на режиме минимальной частоты вращения ошибка достигает 9,427%.
Таблица 7 Результаты расчётов процесса расширения и выпуска
|
Параметры |
Процесс расширения и выпуска |
||||
|
n |
995 |
3055 |
5755 |
6315 |
|
|
1,2535 |
1,2505 |
1,2507 |
1,255 |
||
|
1,2455 |
1,2425 |
1,2427 |
1,247 |
||
|
0,518017 |
0,51387 |
0,463752 |
0,439231 |
||
|
1683,57 |
1732,73 |
1729,82 |
1660,54 |
||
|
984,84 |
1021,64 |
1070,78 |
1050,87 |
||
|
9,427 |
1,656 |
1,017 |
1,788 |
Индикаторные параметры рабочего тела
Теоретическое среднее индикаторное давление:
.
Для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа.
Среднее индикаторное давление:
.
Для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа;
для об/мин:
МПа.
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:
и .
Для об/мин:
и г/(кВт·ч);
для об/мин:
и г/(кВт·ч);
для об/мин:
и г/(кВт·ч);
для об/мин:
и г/(кВт·ч).
Эффективные показатели двигателя
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением
.
Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 65 мм, получим значение средней скорости поршня:
.
Для об/мин:
м/с и МПа;
для об/мин:
м/с и МПа;
для об/мин:
м/с и МПа;
для об/мин:
м/с и МПа;
Среднее эффективное давление и механический КПД:
и .
Для об/мин:
МПа и ;
для об/мин:
МПа и ;
для об/мин:
МПа и ;
для об/мин:
МПа и .
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
и .
Для об/мин:
и г/(кВт·ч);
для об/мин:
и г/(кВт·ч);
для об/мин:
и г/(кВт·ч);
для об/мин:
и г/(кВт·ч).
Таблица 8 Индикаторные и эффективные параметры двигателя
|
Параметры |
Индикаторные и эффективные параметры двигателя |
||||
|
n |
995 |
3055 |
5755 |
6315 |
|
|
1,423242 |
1,409333 |
1,272376 |
1,209308 |
||
|
Pi |
1,394777 |
1,381147 |
1,246929 |
1,185122 |
|
|
0,428843 |
0,421212 |
0,390537 |
0,348763 |
||
|
gi |
191,092 |
194,554 |
209,836 |
234,969 |
|
|
0,03543 |
0,059082 |
0,09009 |
0,09652 |
||
|
PM |
2,1558 |
6,6192 |
12,4692 |
13,6825 |
|
|
Pe |
1,35935 |
1,32207 |
1,15684 |
1,08861 |
|
|
0,9746 |
0,95722 |
0,92775 |
0,91856 |
||
|
0,41795 |
0,40319 |
0,36232 |
0,32036 |
||
|
ge |
196,0722 |
203,2484 |
226,1762 |
255,8017 |
Основные параметры и показатели двигателя
Рабочий объем одного цилиндра:
.
л.
Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S=65мм, тогда для нашего случая имеем:
.
мм.
Окончательно для изучаемого нами двигателя, округляя полученные значения, получаем, что D=65мм и S=65мм.
Далее основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S.
Площадь поршня:
см2.
Литраж двигателя:
.
л.
Мощность двигателя:
,
где ф принимаем равным 4. Тогда для разных режимах двигателя получаем:
для об/мин:
кВт;
для об/мин:
кВт;
для об/мин:
кВт;
для об/мин:
кВт.
Литровая мощность двигателя для режима с номинальными оборотами nN:
.
кВт/л.
Крутящий момент:
.
Для об/мин:
Н·м;
для об/мин:
Н·м;
для об/мин:
Н·м;
для об/мин:
Н·м.
Часовой расход топлива:
.
Для об/мин:
кг/ч;
для об/мин:
кг/ч;
для об/мин:
кг/ч;
для об/мин:
кг/ч.
Таблица 9 Основные параметры и показатели двигателя
|
Параметры |
Основные параметры и показатели двигателя |
||||
|
n |
955 |
3055 |
5755 |
6315 |
|
|
Fп, см2 |
33,19 |
||||
|
Vл, л |
0,85 |
||||
|
Nл, кВт/л |
55,48 |
||||
|
Ne, кВт |
9,726 |
29,042 |
47,872 |
49,432 |
|
|
Me, Н·м |
93,328 |
90,768 |
79,424 |
74,74 |
|
|
GT, кг/ч |
1,907 |
5,903 |
10,828 |
12,645 |
Построение индикаторной диаграммы
Индикаторную диаграмму карбюраторного двигателя будем строить для номинального режима двигателя, т.е. при Ne=47,87кВт и n=5755об/мин, аналитическим методом.
Масштаб диаграммы: масштаб хода поршня Ms=1 мм в мм; масштаб давлений Мр=0,05МПа в мм.
Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:
и .
Максимальная высота диаграммы (точка z):
.
Ординаты характерных точек:
; ;
;
; .
Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия
.
Отсюда ,
где ОВ=ОА+АВ=9,8+78=87,8мм;
б) политропа расширения
. Отсюда .
Теоретическое среднее индикаторное давление:
,
где F1 =1476,07 мм2 - площадь полученной диаграммы aczba.
Таблица 10
|
№ точек |
ОХ, мм |
ОВ/ОХ |
Политропа сжатия |
Политропа расширения |
|||||
|
Px /Mp, мм |
Рх, МПа |
Рх /Mp мм |
Рх, Мпа |
||||||
|
1 |
10,83 |
7,032 |
14,386 |
24,887 |
1,244 |
11,613 |
96,509 |
4,825 |
|
|
точка с |
точка z |
||||||||
|
2 |
18,8 |
4,035 |
6,757 |
11,69 |
0,584 |
5,796 |
48,168 |
2,408 |
|
|
3 |
27,8 |
2,727 |
3,954 |
6,84 |
0,342 |
3,54 |
29,424 |
1,471 |
|
|
4 |
35,8 |
2,118 |
2,796 |
4,837 |
0,241 |
2,574 |
21,394 |
1,069 |
|
|
5 |
42,8 |
1,772 |
2,189 |
3,787 |
0,189 |
2,055 |
17,083 |
0,854 |
|
|
6 |
50,8 |
1,492 |
1,731 |
2,995 |
0,149 |
1,656 |
13,766 |
0,688 |
|
|
7 |
59,8 |
1,268 |
1,384 |
2,395 |
0,119 |
1,348 |
11,208 |
0,56 |
|
|
8 |
67,8 |
1,118 |
1,165 |
2,016 |
0,101 |
1,151 |
9,568 |
0,478 |
|
|
9 |
75,83 |
1 |
1 |
1,73 |
0,085 |
1 |
8,31 |
0,416 |
|
|
точка а |
точка b |
Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=5755об/мин), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открывания 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,) принимается за 55° до прихода поршнем в нм.т., а закрытие (точка а,) - через 25° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания и принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения - .
В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения определяем положение точек по формуле для перемещения поршня:
,
где л - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Выбор величины л производим при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимаем л=0,285.
Таблица 11
|
Обозначение точек |
Положение точек |
ц° |
Расстояние точек от в.м.т.(АХ), мм |
||
|
18° до в.м.т. |
18 |
0,0655 |
2,12 |
||
|
25° после в.м.т. |
25 |
0,1223 |
4,0 |
||
|
60° после н.м.т. |
120 |
1,6069 |
52,2 |
||
|
35° до в.м.т. |
35 |
0,2313 |
7,5 |
||
|
30° до в.м.т. |
30 |
0,1697 |
5,5 |
||
|
55° до н.м.т. |
125 |
1,6667 |
54,2 |
Положение точки с» определяем из выражения:
;
.
Действительное давление сгорания:
;
.
Тепловой баланс двигателя
Теплота, введённая в ДВС (все данные взяты из теплового расчета):
.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:
.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Теплота, передаваемая охлаждающей среде:
,
где с=0,45..0,53 - коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей (принимаем равным 0,45); i - число цилиндров; D - диаметр цилиндра, см; п - частота вращения коленчатого вала двигателя; т=0,5..0,7 - показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчетах принимаем при п=955об/мин т=0,54, а на остальных скоростных режимах - т=0,61,m=0,615, m=0,625.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Теплота, унесенная с отработавшими газами:
,
где =25,428 кДж/(кмоль·град) - теплоемкость отработавших газов (определена по табл. 3.8 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.59) методом интерполяции при б=1 и tr=Тr - 273=1070,8 - 273=797,8°C); =20,775 кДж/(кмоль·град) (определена
по табл. 3.6 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.58) для воздуха методом интерполяции при t0=T0 - 273=293 - 273=20°C). Для номинального режима работы двигателя, а для остальных режимов находятся аналогично.
для об/мин:
Для об/мин:
;
для об/мин:
для об/мин:
.
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:
.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Неучтенные потери теплоты:
.
Для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
;
для об/мин:
.
Таблица 12 Составляющие теплового баланса двигателя
Составляющиетепловогобаланса |
Частота вращения двигателя, об/мин |
||||||||
|
955 |
3055 |
5755 |
6315 |
||||||
Q,Дж/с |
q,% |
Q,Дж/с |
q,% |
Q,Дж/с |
q,% |
Q,Дж/с |
q,% |
||
|
Теплота, эквивалентная эффективной работе |
9727 |
41,8 |
29046 |
40,3 |
47879 |
36,2 |
49439 |
32 |
|
|
Теплота, передаваемая охлаждающей среде |
3582,6 |
15,4 |
15124,8 |
21 |
28285,3 |
21,4 |
27326,2 |
17,7 |
|
|
Теплота, унесенная с отработавшими газами |
7986,65 |
34,3 |
26836,3 |
37,3 |
52785,8 |
39,9 |
57402 |
37,2 |
|
|
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива |
1642,46 |
7,06 |
0 |
0 |
0 |
0 |
17425,7 |
11,29 |
|
|
Неучтенные потери теплоты |
332,8 |
1,44 |
1028,6 |
1,4 |
3186,35 |
2,5 |
2718,3 |
1,81 |
|
|
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом |
23269 |
100 |
72029 |
100 |
132125 |
100 |
154300 |
100 |
Рис.1. Зависимость составляющих теплового баланса двигателя с впрыском топлива от частоты вращения коленчатого вала
Из приведенной таблицы 12 и рисунка 1 видно, что основная часть теплоты топлива расходуется эффективную работу, нагрев охлаждающей среды и потери с отработавшими газами.
Кинематика
В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа (R = S/2) к длине шатуна (Lш) предварительно было принято в тепловом расчете л = 0,285. При этих условиях .
Далее устанавливаем, что ранее принятые значения Lш и л обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра. Следовательно, перерасчета величин Lш и л не требуется.
Перемещение поршня:
.
Расчет sх производится аналитически через каждые 10є угла поворота коленчатого вала. Значения для при различных ц взяты из табл. 7.1 [2] как среднее между значениями при л = 0,28 и 0,29 и занесены в гр. 2 расчетной табл. 13 (для сокращения объема значения в таблице даны через 30є).
Для 30є:
в остальных случаях аналогично.
Угловая скорость вращения коленчатого вала:
.
Скорость поршня:
.
Значения для взяты из табл. 7.2 [2] и занесены
в гр. 4, а рассчитанные значения - в гр. 5 табл. 13.
Для 30є:
.
Ускорение поршня:
Значения для взяты из табл. 7.3 [2] и занесены в гр. 6, а расчетные значения j - в гр. 7 табл. 13.
Для 0є:
По данным табл. 13 построены графики sх в масштабе Ms = 1,96 мм в 1 мм, - в масштабе Мх = 0,977 м/с в 1 мм, j - в масштабе Мj = 586 м/с2 в 1 мм.
Таблица 13 Перемещение, скорость и ускорение поршня
|
цє |
sx,мм |
,м/с |
j,м/с2 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1,285 |
+15101 |
|
|
30 |
+0,1696 |
5,5 |
0,623409 |
12,2 |
1,008525 |
+11868 |
|
|
60 |
+0,6069 |
19,7 |
0,989434 |
19,3 |
0,3575 |
+4247 |
|
|
90 |
+1,1425 |
37,1 |
1 |
19,6 |
-0,285 |
-3303 |
|
|
120 |
+1,6069 |
52,2 |
0,742617 |
14,6 |
-0,6425 |
-7550 |
|
|
150 |
+1,9017 |
61,8 |
0,376591 |
7,4 |
-0,72353 |
-8565 |
|
|
180 |
+2 |
65 |
0 |
0 |
-0,715 |
-8494 |
|
|
210 |
+1,90165 |
61,8 |
-0,37659 |
-7,4 |
-0,72353 |
-8565 |
|
|
240 |
+1,6068 |
52,2 |
-0,74262 |
-14,6 |
-0,6425 |
-7550 |
|
|
270 |
1,1425 |
37 |
-1 |
-19,5 |
-0,285 |
-3303 |
|
|
300 |
+0,606875 |
19,6 |
-0,98943 |
-19,3 |
0,3575 |
+4247 |
|
|
330 |
+0,1696 |
5,4 |
-0,62341 |
-12,1 |
1,008525 |
+11868 |
|
|
360 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1,285 |
+15101 |
Динамика
Силы давления газов
Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертываем по углу поворота кривошипа по методу Брикса.
Поправка Брикса:
,
где Мs - масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.
Масштабы развернутой диаграммы: давлений и удельных сил
Мр = 0,05 МПа в мм; полных сил Мр = Мр·Fп = 0,05·0,00332 = 0,000166 МН в мм, или Мр = 166 Н в мм.
По развернутой диаграмме через каждые 10є угла поворота кривошипа определяем значения и заносим в табл. 14 динамического расчета.
Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
По табл.8.1 [2] с учетом диаметра цилиндра, отношения S/D, рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения рz устанавливаем:
масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято m'п = 137,75 кг/м2):
;
масса шатуна (для стального кованого шатуна принято m'ш = 182,5 кг/м2):
;
масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято m'к = 182,5 кг/м2):
;
масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
;
масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:
;
массы, совершающие возвратно-поступательное движение:
;
массы, совершающие вращательное движение:
.
Удельные и полные силы инерции
И...
Подобные документы
Обоснование дополнительных исходных данных к выполнению теплового расчета. Параметры окружающей среды. Подогрев заряда в процессе впуска. Параметры процесса выпуска отработавших и остаточных газов. Расчет параметров рабочего цикла теплового двигателя.
курсовая работа [378,2 K], добавлен 13.12.2014Структурные схемы системы автоматического регулирования частоты (САРЧ) вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Конструктивная и функциональная схемы САРЧ ДВС. Принципы регулирования, уравнение переходного процесса двигателя.
контрольная работа [531,1 K], добавлен 07.01.2013Расчет основных параметров двигателя ЗИЛ-130. Детали, механизмы, модели основных систем двигателя. Количество воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива. Расчет параметров процесса впуска, процесса сгорания. Внутренняя энергия продуктов сгорания.
контрольная работа [163,7 K], добавлен 10.03.2013Тепловой расчет двигателя. Расчет рабочего цикла для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы. Зависимость теплового расчета от совершенства оценки ряда коэффициентов. Проектирование двигателя.
курсовая работа [168,5 K], добавлен 01.12.2008Рассмотрение термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении. Тепловой расчет двигателя Д-240. Вычисление процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Эффективные показатели работы ДВС.
курсовая работа [161,6 K], добавлен 24.05.2012Выбор топлива и основных показателей работы для двигателя внутреннего сгорания. Тепловой расчет проектируемого двигателя для режима максимальной мощности и по его результатам построение индикаторной диаграммы и внешней скоростной характеристики.
контрольная работа [187,4 K], добавлен 12.01.2012Описание технологической схемы установки утилизации теплоты отходящих газов технологической печи. Расчет процесса горения, состав топлива и средние удельные теплоемкости газов. Расчет теплового баланса печи и ее КПД. Оборудование котла-утилизатора.
курсовая работа [160,1 K], добавлен 07.10.2010Расчет тепловой работы методической толкательной печи для нагрева заготовок. Составление теплового баланса работы печи. Определение выхода продуктов сгорания, температур горения топлива, массы заготовки, балансового теплосодержания продуктов сгорания.
курсовая работа [6,6 M], добавлен 21.11.2012Тепловой расчет двигателя: процесс впуска, сжатия, сгорания и расширения газов. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя. Построение регуляторной характеристики тракторного дизеля. Кинематический расчет двигателя и расчет маховика.
курсовая работа [196,2 K], добавлен 20.10.2009Характеристика дизельного топлива двигателей внутреннего сгорания. Расчет стехиометрического количества воздуха на 1 кг топлива, объемных долей продуктов сгорания и параметров газообмена. Построение индикаторной диаграммы, политропы сжатия и расширения.
курсовая работа [281,7 K], добавлен 15.04.2011Тепловой расчет дизеля без наддува: параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Методика построения индикаторных диаграмм. Порядок проведения динамического, кинематического расчета. Уравновешивание двигателя и необходимые расчеты.
курсовая работа [87,3 K], добавлен 12.10.2011Описание двигателя MAN 9L 32/40: общая характеристика и функциональные особенности, структурные элементы и их взаимодействие. Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета двигателя, определение эффективных показателей. Расчет на прочность.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.10.2011Назначение двигателя и привода механизма газораспределения. Порядок работы цилиндров. Схема расположения колен коленчатого вала. Равномерность чередования одноименных тактов. Тепловой и динамический расчет двигателя. Расчет цилиндро-поршневой группы.
дипломная работа [6,3 M], добавлен 15.03.2011Описание прототипа двигателя ЯМЗ-236. Блок цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределение. Исходные данные для теплового расчета. Параметры цилиндра и двигателя. Построение и скругление индикаторной диаграммы. Тепловой баланс двигателя.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 25.05.2013Определение объема воздуха, продуктов сгорания, температуры и теплосодержания горячего воздуха в топке агрегата. Средние характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева. Расчет энтальпии продуктов сгорания, теплового баланса и пароперегревателя.
контрольная работа [432,5 K], добавлен 09.12.2014Схема кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания и действующих в нем усилий. Его устройство и схема равнодействующих моментов. Расчет сил инерции. Диаграмма износа шатунной шейки коленчатого вала. Способы уравновешивания его значений.
контрольная работа [108,6 K], добавлен 24.12.2013Расчет процессов наполнения, сжатия, сгорания и расширения, определение индикаторных, эффективных и геометрических параметров авиационного поршневого двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и расчет на прочность коленчатого вала.
курсовая работа [892,4 K], добавлен 17.01.2011Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания: динамический анализ сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, параметры процессов, расход топлива; проект гидрозапорной системы двигателя; выбор геометрических и экономических показателей.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 12.10.2011Выполнение теплового расчёта двигателя внутреннего сгорания и определение его индикаторных, эффективных, термических, механических показателей, а также геометрических размеров цилиндра. Построение индикаторной диаграммы на основе полученных данных.
курсовая работа [886,3 K], добавлен 10.07.2011Выбор основных конструктивных параметров дизельного двигателя. Параметры процесса газообмена. Сгорание в дизельном двигателе. Параметры, характеризующие рабочий цикл. Расчет перемещения, скорости и ускорения поршня. Расчеты основных деталей двигателя.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 18.01.2014
