Среднее эффективное давление и удельный расход топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Кафедра «Двигателей внутреннего сгорания»

Направление: «Технология транспортных процессов»

Профиль: «Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте»

Контрольная работа

по транспортной энергетике

Хабаровск

ТОГУ-ЦДОТ

2018

Дано: Автомобиль ВАЗ-2101, полная масса которого М_а = 1355 кг., движется со скоростью V_a = 142 км/ч на главной передаче по горизонтальной дороге, имеющей суммарный коэффициент сопротивления ц =0,018.

Требуется:

Рассчитать мощностные показатели двигателя N_e, Р_е, обеспечивающие заданную скорость движения.

Провести расчет рабочего цикла, результатом которого являются среднее эффективное давление и удельный расход топлива.

Решение:

Из литературы [1,2] выбираем и заносим в таблицу 1 технические данные автомобиля и двигателя. В эту же таблицу заносятся исходные данные и результаты расчета.

Наименование	Ма, кг	Vа, км/ч	iг	Двига- тель	Nе, кВт	, мин-1	Ре, МПа	е	Sh, мм	Vл, дм3	gе, г/(кВт·ч)
Прототип	1355	142	4,3	2101	47,2	5600	0,844	8,5	66	1,198	306,69
Задание, расчет	1355	142	4,3	2101	44,39	5600	0,817	8,5	66	1,198	3

Расчет показателей автомобиля и двигателя

Механические и индикаторные показатели номинального режима

Определим среднюю скорость поршня по формуле:

м/с, (1)

где n = 5600 мин^-1 - номинальное число оборотов коленчатого вала двигателя прототипа;

S_h = 66 мм - рабочий ход поршня двигателя прототипа [1].

м/с

Среднее давление механических потерь двигателя прототипа определим по зависимости:

, МПа, (2)

где А и В - коэффициенты, выбираем из табл.3 [4] в зависимости от отношения ;

S_h = 66 мм - рабочий ход поршня, [1];

d = 76 мм - диаметр поршня, [1].

МПа

Среднее индикаторное давление двигателя прототипа определим по формуле:

, МПа, (3)

где - среднее эффективное давление прототипа, МПа, [1].

Среднее эффективное давление прототипа определим из формулы определения эффективной мощности двигателя:

>, МПа (4)

где N_e = 47,2 кВт - эффективная мощность двигателя, [1];

ф = 4 - число тактов рабочего цикла двигателя, [1];

V_h = 1,198 см³ - рабочий объем двигателя, [1].

МПа

МПа

Радиус колеса определим по формуле:

V_а = 142 км/ч = м/с - скорость движения автомобиля (по прототипу);

м (5)

м

Коэффициент полезного действия трансмиссии определим по формуле:

, (6)

где n - расчетная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин^-1;

n_N = 5600 мин^-1 -частота вращения коленчатого вала двигателя на номинальном режиме.

Определим мощность двигателя заданного автомобиля для равномерного движения с заданной скоростью по горизонтальной дороге по формуле:

, кВт, (7)

где ц = 0,018 - суммарный коэффициент сопротивления (по заданию);

М_а = 1355 кг - полная масса автомобиля (по заданию);

V_а = 142 км/ч = м/с - скорость движения автомобиля (по заданию);

К_в - средний коэффициент обтекаемости автомобиля, кг/м³, по справочнику [1] К_в = 0,2…0,35 - для легковых автомобилей, принимаем К_в = 0,26 кг/м³;

F - лобовая площадь автомобиля, м²;

g = 9,81 м/с².

з_тр - коэффициент полезного действия трансмиссии.

Лобовую площадь легкового автомобиля определим по формуле:

м², (8)

где Ш = 1,611 м - габаритная ширина автомобиля, [1];

В = 1,382 м - габаритная высота автомобиля, [1].

м²

Тогда

кВт

Таким образом, для поддержания скорости 142 км/ч при полной массе 1355 кг автомобилю необходим двигатель мощностью Nе = 44,39 кВт, то есть наш автомобиль двигается в номинальном режиме.

Определим эффективный момент двигателя по формуле:

Н·м (9)

Н·м

Определим среднее эффективное давление по формуле:

, МПа, (10)

где ф = 4 - тактность двигателя;

V_л = 1,198 дм³ - литраж двигателя.

МПа

Среднее индикаторное давление определим по формуле:

где Р_М - среднее давление механических потерь.

Сравним расчетное среднее эффективное давление с эффективным давлением номинального режима прототипа:

Следовательно, двигатель работает на номинальном режиме.

Расчет рабочего цикла

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

кг (11)

кмол (12)

Проверка

 кмол (13)

Коэффициент б определяет состав рабочей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя. Коэффициент избытка воздуха влияет на количество выделяемой теплоты и состав продуктов сгорания.

Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировки как мощностной, так и экономичный состав смеси.

По графику предельных изменений коэффициента б в зависимости от нагрузки определяем коэффициент избытка воздуха

Действительное количество воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива при

кг (14)

кг (15)

Суммарное количество свежей смеси

кг (16)

кмоль (17)

Количество отдельных составляющих продуктов сгорания и их сумма, принимаем К=0,5

кмоль (18)

кмоль (19)

кмоль (20)

кмоль (21)

кмоль (22)

Суммарное количество продуктов сгорания

кмоль

Приращение объема

кмоль

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

Параметры процесса впуска. Принимаем: приращение температуры в процессе подогрева заряда ^оС, температура остаточных газов ^оС, давление остаточных газов МПа. Суммарный коэффициент, учитывающий гашение скорости и сопротивление впускной системы, отнесенный к сечению клапана, (²+)=2,5. Скорость движения заряда в сечении клапана

м/с,

где f_вп - площадь наименьшего сечения впускной системы: при диаметре впускной горловины перед впускным клапаном d = 37,0 мм (взят за основу диаметр головки впускного клапана, автомобиля ВАЗ-2101):

м²;

R - радиус кривошипа (R = 0,5·S = 0,5·66 = 33,3 мм = 0,033 м); D - диаметр цилиндра (для двигателя-прототипа D = 76 мм = 0,076 м); л - отношение радиуса кривошипа к лине шатуна (для двигателя прототипа л = 0,27);

Так как наддув отсутствует и впуск воздуха происходит из атмосферы, то Р_к = Р_о = 0,1 МПа, Т_к = Т_о = 288 К

Плотность заряда на впуске, для воздух,

кг/м³ (23)

Давление в конце впуска

МПа (24)

Коэффициент остаточных газов

(25)

Температура конца впуска

К (26)

Коэффициент наполнения

(27)

Параметры процесса сжатия. По данным рисунка 2 показатель политропы сжатия принимаем n₁ = 1,34.

Давление в конце сжатия

МПа (28)

Температура в конце сжатия

(29)

Параметры конца процесса сгорания. Действительный коэффициент молекулярного изменения

 (30)

Невыделившаяся теплота вследствие неполного сгорания

МДж/кмоль (31)

Уравнение сгорания для карбюраторных двигателей

Принимаем коэффициент теплоиспользования

Внутренняя энергия 1 моля свежей в конце сжатия

(32)

Примем теплоемкость свежей смеси равной теплоемкости воздуха

кДж/(кмоль^.оС)

Тогда

кДж/кмоль

Внутренняя энергия 1 моля продуктов сгорания в конце процесса сжатия

(33)

Теплоемкость смеси

Внутренняя энергия продуктов сгорания

кДж/кмоль

Тогда левая часть уравнения

Тогда

(34)

Примем, что , если, то если то, тогда для

Полученное при значение кДж/кмоль

Примем, что , если, то если то, тогда для

Полученное при значение кДж/кмоль



Тогда (2730,5К)

Расчетное давление конца сгорания

МПа (35)

Степень повышения давления

(36)

Параметры процесса расширения. По данным рисунка 2 показатель политропы расширения принимаем

Давление конца расширения

МПа (37)

Температура конца расширения

К (38)

Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов

(39)

К

При этом относительная погрешность не должна превышать 5-7%.

Среднее индикаторное давление цикла

МПа (40)

Мпа

МПа (41)

МПа

Определим отклонение среднего индикаторного давления от ранее рассчитанного:

%

Индикаторный удельный расход топлива:

г/кВт·ч (42)

г/кВт·ч

Механический КПД:

Удельный эффективный расход топлива:

г/(кВт·ч) (43)

Основные размеры двигателя. Рабочий объем двигателя

л (44)

Рабочий объем одного цилиндра

л

Диаметр цилиндра

мм (45)

Принимаем мм

Ход поршня

мм (46)

Принимаем мм

л (47)

Общий рабочий объем двигателя

л (48)

Средняя скорость поршня

м/с (49)

Список используемой литературы

механический двигатель трансмиссия

1. Колчин А.И. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. -- 3-е изд., перераб. и доп. -- М.: Высшая школа, 2002. -- 496 с.

2. Автомобильные двигатели: Учеб. для вузов / В.М. Архангельский, М.М. Вихерт, А.Н. Воинов и др.; Под ред. М.С. Ховаха. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Машиностроение, 1977. -- 592 с.

3. Артамонов М.Д. Основы теории и конструирования автотракторных двигателей: Конструирование и расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. для вузов / М.Д. Артамонов, М.М. Морин, Г.А. Скворцов. -- М.: Высшая школа, 1978. -- 133 с.

4. Автомобильные и тракторные двигатели: Учеб. для вузов / Под ред. И.М. Ленина. -- М.: Высшая школа, 1976. -- Ч. 2: Конструкция и расчёт двигателей. -- 280 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания: Теория рабочих процессов / Под ред. В.Н. Луканина. -- М.: Высшая школа, 1985. -- 369 с.

Размещено на Allbest.ru

...