Расчет дизельного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет дизельного двигателя



Оглавление

Введение

Исходные данные

1. Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

1.2 Определение параметров рабочего тела

1.3 Давление газов в конце впуска

1.4 Расчет параметров процесса впуска

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

1.7 Расчет параметров процесса расширения выпуска

1.8 Определение индикаторных показателей двигателя

2. Определение основных параметров двигателя

2.1 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя

3. Построение идикаторной диаграммы

Список литературы



Введение

Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Важную роль играет автомобильный транспорт в освоении восточных и нечерноземных районов нашей страны. Отсутствие развитой сети железных дорог и ограничение возможностей использования рек для судоходства делают автомобиль главным средством передвижения в этих районах.

Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе страны. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70% пассажирских перевозок.

Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли народного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современном этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения.

Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад (название "автомобиль" происходит от греческого слова autos - "сам" и латинского mobilis - "подвижный"), когда стали изготовлять "самодвижущиеся" повозки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка крестьянин Л.Шамшуренков создал довольно совершенную для своего времени "самобеглую коляску", приводимого в движение силой двух человек. Позднее русский изобретатель И.П.Кулибин создал "самокатную тележку" с педальным приводом. С появлением паровой машины создание самодвижущихся повозок быстро продвинулось вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через несколько лет и в Англии были построены паровые автомобили. Широкое распространение автомобиля как транспортного средства начинается с появлением быстроходного двигателя внутреннего сгорания. В 1885 г. Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бензиновым двигателем, а в 1886 г. К.Бенц - трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально развитых странах (Франция, Великобритания, США) создаются автомобили с двигателями внутреннего сгорания.

В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В царской России неоднократно делались попытки организовать собственное машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей. Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество грузовых автомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около 9000 автомобилей, из них большая часть - зарубежного производства. После Великой Октябрьской социалистической революции практически заново пришлось создавать отечественную автомобильную промышленность. Начало развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в Москве на заводе АМО были построены первые грузовые автомобили АМО-Ф-15.

В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производство автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось массовое производство грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в строй завод ГАЗ.

В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей Московский завод малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы. Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный завод им. 50-летия СССР.

За последние годы заводами автомобильной промышленности освоены многие образцы модернизированной и новой автомобильной техники, в том числе для сельского хозяйства, строительства, торговли, нефтегазовой и лесной промышленности.



Исходные данные

Тип двигателя :ЯМЗ-238

Ne=1800квт

n=2000об/м

Четырехтактный

Степень сжатия = 16,5

Число цилиндров: i=8

ge - удельный эффективный расход топлива равен 233 г/кВт*час

Принимаем Pe=1.3МПа/



1. Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

Для дизельного двигателя выбираем дизельное топливо: марки Л- при температуре окружающей среды 00С и выше, марки 3-притемпературе

(0 -300С). Низшая теплота сгорания жидкого топлива, кДж/кг:

Hи=(33,91ЧС+125,60ЧН-1089ЧО-2,15(9Н+W))Ч103

Гд еC,Н и О -массовые доли углерода, водорода и кислорода в 1 кг топлива.

С=0,870кг

Н=0,126 кг

1.2 Определение параметров рабочего тела

Понятие "рабочее тело".

Рабочим телом называется вещество, при помощи которого осуществляется действительный рабочий цикл двигателя. Свойства рабочего тела меняются в процессе совершения цикла в зависимости от его состава и температуры. Вещество, поступившее в цилиндр к началу процесса сжатия, называется свежий заряд.

При сжатии рабочим телом является рабочая смесь, представляющая смесь свежего заряда и остаточных газов, то есть продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре после предыдущего цикла. Во время сгорания происходят химические реакции, при которых из свежего заряда образуются продукты сгорания.

В тактах расширения и выпуска рабочим телом являются продукты сгорания.

где ,кмольвозд./кг топл.; -кмольвозд./кг топл.

Количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива.

L0 = 0,5 - значение теоретически необходимых количеств воздуха для сгорания дизельного топлива среднего элементарного состава.

.

Количество свежего заряда:

где -коэффициент избытка воздуха;

Коэффициент избытка воздуха определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя, находится в следующих пределах дизельных двигателей -1,3-1,4.

Принимаем =1,3

М1=1,30,5=0,65 кмоль св. зар./ кг топл.

При не полном сгорании топлива ( ) в состав продуктов сгорания входят: углекислый газ, водянной пар, кислород и азот.

Углекислого газа :Мсо2=С/12 Мсо=0,870/12=0,0725кмольСО2/ кг топл.

Водяного пара

: /кг топл.

Кислорода:

Азота:

Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива:

М2=Мсо2 + ++

М2=0,0725+0,063+0,0416+0,5544=0,7315 кмоль пр. сг./кг топл.

1.3 Давление газов в конце впуска

где:

е = 16,5;

Переводим градусы по Цельсию в градусы по термодинамической шкале Кельвина:

тогда:

Тогда температура остаточных газов Тr =600-9000K,принимаем по прототипу: Тr=750 K где в свою очередь:

где- температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками впускного трубопровода и цилиндра примем

Рr- давление остаточных газов:

;

где:

1.4 Расчет параметров процесса впуска

Давление газов в цилиндре в конце впуска Ра определяется по формуле, Мпа

Ра=Рk-

- потери давления на впуске за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре;Pk=P0-при отсутствии наддува двигателя

где - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

-коэффициент сопротивления впускной системы,отнесенный к наиболее узкому ее сечению;

-средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы, м/с;

-плотность заряда на впуске ,кг/м3.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме:

=2,5…4=50…130 м/с

Примем:

=2,6 =70м/с

Плотность заряда на впуске:

Где RB=287L;/(кг•град)- удельная газовая постоянная воздуха.

Потери давления в конце впуска

Давление в конце выпуска:

Ра=0,1032-0,010=0,1022 МПа

Величина Ра для дизельных двигателей лежит в пределах

Ра =(0,75-0,98)•Р0

Коэффициент остаточных газов Yr:

Где ?Т-температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками впускного трубопровода и цилиндра;

?Т=200 К

-степень сжатия;

Температура заряда в конце процесса впуска:

Та=(Тk+?T+Yr•T)/(1+Yr)

Та=(278+20+0.285•750)/(1+0.285)=3980K

Коэффициент наполнения зvбез учета продувки и дозарядки четырехтактного двигателя:

зv

зv

Величиназvдля прототипа лежит в пределах=(0,83).

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

По данным прототипа Величина политропы сжатия для дизельных двигателей без надува:

n1=1.3801.400 по номограмме 1.386

Далее

Рc иТc конца процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателемn1:

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия.

Рабочая смесь состоит из свежей смеси и остаточных газов.

Температура конца процесса сжатия tc в градусах Цельсия(0С)

tc=Тс-273=1155-273=882 0 С

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоемкости воздуха (кДж/кмоль•град), и определяется по формуле:

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия в (кДж/кмоль•град), определяется по следующей формуле:

Где ;; ; -средние мольные теплоемкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 0-15000 С, которые могут быть выражены в зависимости от температуры tc

Следующими формулами:

;

;

;

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия в (кДж/кмоль•град), определяется по следующей формуле:

=

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

Изменение объема при сгорании рабочей смеси учитывает коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, который определяется по формуле:

Тогда имеем:

Где ;; ; -средние мольные теплоемкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501…2800 0 С, которые могут быть выражены в зависимости от температуры tz следующими формулами:

;

;

Подставим уравнения для средних мольных теплоемкостей продуктов сгорания в уравнения для расчета и получим следующее выражение:



Температура,определяется путем решения уравнения сгорания, которое имеет вид:

гдекоэффициент использования теплоты;

-степень повышения давления.

По опытным данным значения коэффициента использования теплоты для дизельных двигателей без надува при работе на номинальном режиме:

Степень повышения давления=1,6-2,5 примем

0,82•50811+(22,501+8,315•2)•673+2270•(2-1,098)=1,098z•tz

69847=1.098•(0.00191tz+32.475)•tz

Уравнение сгорания после подстановки в них числовых значений всех известных параметров и последующих преобразований принимают вид уравнений второго порядка относительно Tz:

А

Где А,В и С-численные значения известных величин, откуда

Tz=tz+273=2083+273=22560K

Давление конца сгорания:

Pz=2,9•3.907=9.7МПа

Степень предварительного расширения:

P=9,7/2•2083/1055=2,45МПа.

1.7 Расчет параметров процесса расширения выпуска

Степень последующего расширения:

=2.25

Средние показатели адиабаты расширения К2 определяются номограмме К2=1,274.

На номинальном режиме можно принять расширения с учетом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты:n2=1.26

0K

Правильность предварительного выбора остаточных газов проверяется с помощью выражения:

0K

т.к. погрешность менее 10%, значит температура остаточных газов выбрана, верно.

1.8 Определение индикаторных показателей двигателя

Теоретическое среднее индикаторное давление, Мпа:

Действительное среднее индикаторного давления:

Где - коэффициент полноты диаграммы, который принимается равным =0,95

=0,95·1,039=0,987 Мпа

Индикаторный КПД для дизельных двигателей:

Индикаторный удельный расход жидкого топлива, г/(кВт ч):

gi/(Hu)

gi=3600/(42.44·0.460)=184г/(кВт ч)



2. Определение основных параметров двигателя

Среднее давление механических потерь

PM=a+b·Vп. ср.

где Vп. ср выражено в м/с;

a.b- коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально.

a= 0.089МПа

b=0.0118(МПа с)/м

PM=0,089+0,0118•10=0,207 МПа

Среднее эффективное давление , МПа:.

Рe=Pi-PM

Pe=0.987-0.207=0.78 МПа

Механический КПД (зм) представляет собой отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

зм=Ре/ Рi

зм=0.78/0.987=0.79

Эффективный КПД двигателя:

зe= зi• зм

зe=0.460•0.79=0.363

Эффективный расход жидкого топлива, г/(кВт ч):

ge=3.6•106/(Hu•зe)

ge=3.6•106/(42.44•0.363)=233г/(кВт ч)

2.1 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала, тактности и эффективному давлению определяется литраж двигателя, л:

где Т- тактность двигателя;

Ne выражено в кВт, pе- МПа, n-мин.-1

Рабочий объем одного цилиндра, л:

/ i

где i -число цилиндров двигателя .

Диаметр цилиндра, мм:

Целесообразно принять для дизельного двигателя

(S/D)= 1

.

Ход поршня мм:

S=D•(S/D)

S=D=120 мм.

Полученные значения D и S округлили до ближайших целых чисел. По окончательно принятым значениям D и S определяем основные параметры двигателя:

Средняя скорость поршня:

120•2000/30000=10.4

Расхождение с ранее принятым значением на 4 % является допустимым. теплота сгорание цилиндр двигатель

Ne=pe•Vл•n/(30•T)

Ne=0.78•10.85•2000/(30•4)=183 кВт

Эффективный крутящий момент,(Н м):

Н м

Часовой расход топлива (кг/ч):

Gr=ge•Ne•10-3

Gr=233•183•10-3=42.639 кг/ч

Nл=Ne / Vл

Nл=183/10,85=16,86 кВт/ дм.



3. Построение идикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne=183 кВт и n=2000 мин-1, аналитическим методом.

Для дизелей отношение изменяется в пределах 1…...

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

масштаб давлений Mp =0.05 МПа в мм.

Величины в предельном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

АВ=S/Ms=120/1.0=120мм;ОА=АВ/(?-1)=120/(16,5-1)=7,74 мм

Максимальная высота диаграммы ( точка Z )

pz/Mp=8.904/0.05=178мм

zzI==OA(p-1)=7.74(1.27-1)2.08 мм.

Ординаты характерных точек:

Pa/Mp=0.1025/0.05=2 мм; Pc/Mp=4.445/0.05=89.04мм;

Pb / Mp=0.351/0.05=7мм;

Pr / Mp=0.113/0.05=2.2мм;

P0/ Mp=0.103/0.05=2мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия

px=pa(Va/Vx)n1

. Отсюда

px/Mp,мм=(pa/ Mp)(OB/OX)n1=1.86(127.74/OX)1.38мм,

б) политропа расширения

px=pb(Vb / Vx)n2.

Отсюда

px / Mp, мм= (pb / Mp) (OD/OX)n2=7(127.74/OX)1.26 мм.

Результаты расчета точек политроп приведены в таб. 1.

Таблица 1.

	Политропа сжатия	Политропа расширения
№	ОХ	ОВ/ОХ	(ОВ/ОХ)? n1	Px/Mx, мм	Px, МПа	(ОВ/ОХ)?n2	Px/Mx, мм	Px, МПа
1	7,74	16,5	47,89	89,08	4,45	34,20	239,4	11,97
2	10,64	12	30,871	57,42	2,87	22,89	160,27	8,01
3	21,29	6	12,45	22,04	1,10	9,56	66,92	3,35
4	40	3	4,96	9,23	0,96	3,99	27,94	1,40
5	63,87	2	2,602	4,84	0,46	2,39	16,76	0,84
6	85,16	1,5	1,749	3,25	0,16	1,66	11,66	0,58
7	91,24	1,4	1,591	2,95	0,14	1,52	10,69	0,53
8	98,26	1,3	1,436	2,7	0,13	1,39	9,74	0,48
9	106,45	1,2	1,286	2,4	0,12	1,25	8,80	0,44
10	127,74	1,0	1,00	1,00	0,05	1,00	7	0,35

Индикаторная диаграмма



Список литературы

1.А.И.Колчин, В.П.Демидов/Расчет автомобильных и тракторных двигателей. Учебник дляВУЗов/ М.: "Высшая школа 1980 г."

2.Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для ВУЗов/ А. И. Колчин В.П.Демидов-3-е изд. Перераб. Доп.- М: "Высшая школа 2002"

3.Безопасность автотранспортных средств: Учебник для вузов / Ломакин В.В., Покровский Ю.Ю., Степанов И.С., Гоманчук О.Г.

4.Теория автомобиля: Учебное пособие / Селифонов В.В., Хусаинов А.Ш., Ломакин В.В.

5.Тракторы и автомобили: Учебник для студентов вузов / Шарипов В.М., Бирюков М.К., Дементьев Ю.В.,Красавин П.А., Ломакин В.В., Маринкин А.П., Наумов Е.С., Селифонов В.В., Сергеев А.И., Феофанов Ю.А., Шарипова Н.Н., Шевелев А.С., Щетинин Ю.С.

6. Байгалиев Б. Е., Троян Е. Н., Друлис В.Н. Анализ современного состояния способов теплообмена в двигателях внутреннего сгорания // Научно-техн. отчет. Оренбург, политех, ин-т. ГР 79053139. Инв. № Б7784266 Оренбург. 1979. 74 с.

7. Байгалиев Б.Е., Аверкиев JI.A., Шелахаев C.B. Теплообменная поверхность // А. с. 1663377 СССР МКИ4 28 1/32,28 1/02. бюл. №26. 1991.

8. Гольнев B.C., Макаров В.И. Расчетные параметры окружающей316среды для проектирования системы охлаждения тракторного двигателя // Труды НАТИ. М. Вып.21. 1971. С.8-17.

9. Крюков А.Д. Тепловой расчет трансмиссии транспортных машин. М.: Машгиз, 1961.140 с.

10. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. М.: Машиностроение. 1970.

11. Щукин В.К., Дресвянников Ф.Н., Байгалиев В.Е., Голин Н.П. Экспериментальное исследование теплоты деструкции полиметилметакрилата в зависимости от температуры и давления // Труды КАИ. Казань. 1972 . Вып.151. С.15-19.

12. Щукин В.К., Решетников С.М., Дресвянников Ф.Н., Байгалиев Б.Е. Исследование термического разложения полиеновых углеводородов методом пиролитической газовой хроматографии // Труды КАИ. Казань. Вып.154. С.10-15

13. Щукин В.К., Халатов A.A., Байгалиев Б.Е., КосторновА.Г., Шевчук М.С. Исследование течения и внутреннего теплообмена в пористых волокнистых материалах // Теплофизика высоких температур. А

Размещено на Allbest.ru

...