Тепловой расчет двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Произвести тепловой расчет четырехтактного (?=4) бензинового карбюраторного двигателя с бензином АИ-91, предназначенного для легкового автомобиля. Эффективная мощность двигателя Ne=65кВт при частоте вращения коленчатого вала nN=4000 об/мин. Двигатель четырехцилиндровый (i=4) с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа.

Степень сжатия ?=9;

Коэффициент избытка воздуха

Молекулярная масса топлива

Коэффициент наполнения

Показатель политропы сжатия

K;

Соотношение

Скорость поршня .

Введение

Двигатель -- машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. На большинстве современных автомобилей установлены тепловые поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива в их цилиндрах, преобразуется в механическую работу.

Двигатель является источником механической энергии, которая необходима для движения автомобиля.

ДВС классифицируют по следующим признакам:

по назначению: транспортные и стационарные;

по способу осуществления рабочего цикла: четырех- и двухтактные;

по способу смесеобразования:

o с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые);

o внутренним смесеобразованием (дизели);

по способу воспламенения рабочей смеси:

o с принудительным воспламенением от электрической искры (бензиновые, газовые и др.);

o воспламенением от сжатия, т. е. с самовоспламенением (дизели);

по виду применяемого топлива: работающие на бензине, тяжелом дизельном топливе (дизели), сжатом или сжиженном газе, других видах топлива;

по расположению цилиндров:

o однорядные с вертикальным расположением цилиндров или с наклоном оси цилиндров к вертикали на 20...40°;

o V-образные двухрядные с расположением цилиндров под углом;

o оппозитные с противоположным горизонтальным расположением цилиндров под углом 180°;

по способу наполнения цилиндров свежим зарядом:

o без наддува (наполнение осуществляется за счет разрежения, создаваемого в цилиндре при движении поршня от в.м.т. к н.м.т.);

o с наддувом (наполнение цилиндра свежим зарядом происходит под давлением, которое создается компрессором).

1. Тепловой расчёт двигателя

цилиндр скоростной двигатель сгорание

1.1 Определение параметров рабочего тела

1. Параметры окружающей среды принимаются в соответствии с ГОСТами:

· давление окружающей среды =0,10 ;

· температура =298 K (= );

· бензин АИ-91;

Термохимический расчет параметров рабочего тела:

2. Элементарный состав топлива в массовых долях:

· С=0,855;

· Н=0,145.

3. Молекулярная масса и низшая теплота сгорания:

.

4. Количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива:

5. Количество свежего заряда, находящегося в цилиндре:

6. Состав и количество продуктов сгорания в

·

·

·

·



·

· Общее количество продуктов сгорания:

7. Коэффициенты молекулярного изменения горючей смеси:

0 = M2 / М1

1.2 Расчет процесса впуска

8. Параметры остаточных газов:

· - принимаем 1000 K ;

· = 0,12 .

9. Выбор температуры подогрева свежего заряда:

· K.

10. Потери напора во впускной системе:

Где

.

.

11. Коэффициент остаточных газов:

.

12. Температур конца впуска:

13. Коэффициент наполнения:

· по условию, тогда

1.3 Расчет процесса сжатия

14. Принимаем показатель политропы сжатия n1 =1,37.

15. Параметры конца сжатия:

1.4 Расчет процесса сгорания

16. Действительный коэффициент молекулярного изменения:

17. Потери теплоты вследствие неполноты сгорания:

18. Теплота сгорания смеси:

19. Мольная теплоемкость при постоянном объеме рабочей смеси в конце сжатия определяется в зависимости от температуры :

20. Мольная теплоемкость при постоянном объеме продуктов сгорания определяется в зависимости от температуры :



При :

· = 21,097+(0,921/) = 21,2;

· = (15,491+13,816/) = 0,0017.

21. Температура конца сгорания

·

·

· ; принимаем (0,85-0,95) тогда:

22. Находим значение :

.

23. Максимальное давление сгорания и степень повышения давления:

Для бензиновых двигателей действительное максимальное давление сгорания ниже расчетного (? = 0,97 ) и равно:

Рекомендуемые значения для бензиновых ДВС: 4,0…7,5 .

24. Степень предварительного () и последующего () расширения принимаем:

· = 1;

· = = 9.

1.5 Расчет процесса расширения и выпуска

25. Принимаем показатель политропы расширения:

· n2 = 1,25, при норме: n2

26. Параметры конца расширения:

27. Проверка правильности выбора температуры остаточных газов:

1.6 Показатели работы цикла

28. Среднее индикаторное давление:

По условию, коэффициент полноты индикаторной диаграммы

= 0,97, окончательно получаем:

29. Индикаторный КПД:

где , тогда:

30. Удельный индикаторный расход топлива:

31. Среднее давление механических потерь:

, принимаем среднюю скорость поршня (по условию), тогда:

32. Среднее эффективное давление:

33. Механический КПД:

34. Удельный эффективный расход топлива:

35. Эффективный КПД:

36. Часовой расход топлива:

37. Эффективный крутящий момент

1.7 Определение размеров цилиндра

38. Рабочий объем двигателя:

·

·

39. Рабочий объем цилиндра:

40. Диаметр цилиндра:

Принимаем

41. Ход поршня:

42. Диаметр поршня:

43. Проверка эффективной мощности двигателя:

44. Согласно определению литровой мощности имеем:

45. Объем камеры сгорания

46. Полный объем цилиндра

47. Данные, полученные расчетом, сводятся в таблицу1, и сравниваются с данными по условию

Таблица 1. Сводная таблица данных теплового расчета двигателя

									S	D
	кВт	л	кВт/л		мин -1	МПа	г/кВт.ч	кг/ч	мм	мм
Расчёт	64,7	1,83	35,36			1,061	213	13,8	72	90
Дано	65	1,84	25,33	9	4000

2. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма ДВС строится с использованием данных теплового расчета, в выбранных масштабах. В начале построения на оси абсцисс откладываем отрезок соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе MS.

Масштабы диаграммы: Масштаб хода поршня =1мм/мм. и масштаб давления

.

Величины в приведенном масштабе, соответствующему рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

48. Ординаты характерных точек:

Действительная или скругленная индикаторная диаграмма отличатся от расчетной за счет опережения зажигания, повышение давления в конце сжатия. Кроме того на рабочий процесс оказывает влияние период открытия и закрытия клапанов газораспределения (с? b?). Для определения местоположения точек c?и b? следует задаться фазами газораспределения и углом опережения зажигания (впрыска), а также соотношение радиуса кривошипа R к длине шатуна Lш. значение данного соотношения.

Положение точки z' определяется по скруглению:

49. Текущие значения давления

На линии сжатия:

На линии расширения.

Для рассмотрения проведём расчёт одной точки результаты расчёта остальных точек занесём в таблицу 2.



Таблица 2. Расчёт точек координат индикаторной диаграммы

№ точки
70	0,09	3,4	0,48	19,4
60	0,1	4,1	0,57	23
50	0,13	5,1	0,7	27,9
40	0,16	6,4	0,88	35,2
30	0,23	9	1,17	46,9
20	0,34	13,6	1,7	67,9
10	0,61	24,4	2,88	115,2
5	0,92	36,8	4,22	168,7

3. Расчёт и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощностных, экономических и эксплуатационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой.

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале частот вращения коленчатого вала:

от min = 700 миндо max = 4000 мин (значение = 4000 мин).

Расчетные точки кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива определяются по следующим зависимостям через каждые 300 мин-1:

;

где: - номинальная эффективная мощность =64,7 кВт;

- удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности =213 г/кВт·ч;

- эффективная мощность в точке ,(кВт);

- удельный эффективный расход топлива в точке ,(г/кВт·ч);

- частота вращения коленчатого вала (мин) в искомой точке скоростной характеристики;

- коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально.

Таблица 3. Значение эмпирических коэффициентов для расчета

Эмпирический коэффициент
Значение	1	1	1,2	1	0,8

Для рассмотрения произведём расчёт для одной точки а результаты расчёта других точек занесём в табл.4.

Таблица 4

Значения точек для построения внешней скоростной характеристики

№ точки	Частота вращения вала в искомой точке, об/мин	Эффективная мощность, кВт		Эффективный удельный расход топлива, г/кВт·ч		Эффективный крутящий момент, Нм		Часовой расход топлива, кг/ч
1	700	13	10,4	223,5	33,5	177,4	29,4	2,9	7,7
2	1000	19,2	15,4	213	25,4	183,4	35,4	4,1	10,9
3	1300	25,6	20,5	204,4	18,8	188,1	40,1	5,2	13,9
4	1600	32,1	25,7	197,7	13,6	191,7	43,7	6,3	16,8
5	1900	38,4	30,7	192,9	9,9	193,1	45,1	7,4	19,7
6	2200	44,4	35,5	190	7,7	192,9	44,9	8,4	22,4
7	2500	49,9	39,9	189	6,9	190,7	42,7	9,4	25,1
8	2800	54,8	43,8	190	7,7	187	39	10,4	27,7
9	3100	58,9	47,1	192,9	9,9	181,5	33,5	11,4	30,4
10	3400	62	49,6	197,7	13,6	174,2	26,2	12,3	32,8
11	3700	64	51,2	204,4	18,8	165,3	17,3	13,1	34,9
12	4000	64,7	51,8	213	25,4	154,5	6,5	13,8	36,8

Заключение

В данной работе произведён расчёт циклов четырехтактного двигателя жидкостного охлаждения мощностью 65кВт при 4000 . Рассчитывая параметры процесса сгорания, процесса расширения, определения индикаторных показателей, эффективных показателей, размеров цилиндра и показателей двигателя построена индикаторная диаграмма, которая отображает процессы сжатия и расширения, а также внешняя скоростная характеристика двигателя.

Список используемой литературы

1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 2003.

2. Луканин В.Н., Шатров М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Книга2, М.: Высшая школа, 2007.-400с.

3. Богатырёв А.В. Автомобили. М.: Колос, 2001.-496с.

Размещено на Allbest.ur

...