Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал ТИУ в г. Сургуте

Кафедра «Эксплуатация транспортных и технологических машин»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Автомобильные двигатели»

на тему: «Тепловой расчет двигателя автомобиля ЯМЗ-236»

двигатель дизельный расчет тепловой

Выполнил: студент группы АТХбз-15

Логвиненко Е.Ю.

Принял: преподаватель

Зиганшин Р.А.

г. Сургут 2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДИЗЕЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ

1.1 Выбор и обоснование исходных параметров

1.2 Параметры процессов наполнения и очистки цилиндра

1.3 Параметры процесса сжатия

1.4 Параметры процесса сгорания

1.5 Параметры процессов расширения и выпуска

1.6 Параметры процесса выпуска

1.7 Индикаторные показатели

1.8 Эффективные показатели работы ДВС

1.9 Построение индикаторной диаграммы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы заключается: в выполнении теплового, конструктивного расчета, а также расчета внешней скоростной характеристики.

Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем, определяются основные параметры вновь проектируемого двигателя, а также проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя.

Конструктивный расчет деталей делается с целью определения напряжений и деформаций, возникающих при работе двигателя. До настоящего времени большинство из используемых выражений дают лишь приближенные значения напряжений.

Скоростную характеристику определяют по эмпирическим зависимостям. Она показывает изменение мощности, крутящего момента, расходов топлива и других параметров от частоты вращения коленчатого вала.

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДИЗЕЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ

Задание: выполнить тепловой расчет, установить размеры цилиндра, построить индикаторную диаграмму по исходным данным.

Эффективная мощность ……………………… Nе = 140 кВт;

Частота вращения коленвала ………………… n = 2200 мин-1;

Число цилиндров ……………………………… i = 6;

Топливо - дизельное автотракторное ЦЧ = 45ед.

Прототип: тяговый двигатель сидельного тягача с жидкостным охлаждением. Коэффициент избытка воздуха б = 1,5; Размерность 12/12 см; Степень сжатия епрототип = 17,5; Элементный состав топлива: С = 0,87; Н = 0,126; От = 0,004; Теплопроводность На=42000 кДж/кг; Р0=0,1Мн/м; Т0=288, К.

1.1 Выбор и обоснование исходных параметров

Проверим обоснованность выбора степени сжатия

е =23+((Дц -72)/(4,2-0,095Дц))= 23+((120 - 72)/(4,2 - 0,095*120)) = 16,33.

В связи с отклонением в сторону уменьшения, для надежности запуска двигателя принимаем по прототипу е = 16,33.

Средняя скорость поршня по прототипу СП =(Sn)/30 (120*2200)/30 = 8,8 м/с.

1.2 Параметры наполнения и очистки цилиндра

Гидравлические характеристики

АД = 0.512-125/n= 0,512 - 125/2200 = 0,468;

Принимая отношение FП/fкл = 4. Скорость воздушного потока в проходном сечении впускного клапана

Wвп = СП *FП/fкл =4*8,8 = 35,2 м/с.

Ра = 0,1 - 0,468*35,22 *10-5= 0,0942 МН/м2.

Давление и температура газов на выпуске

Рф = P0(1+0.43*10-4*n)=0,1*(1 +0,43*10-4*2200) = 0,109 МН/м2;

Тф = 1470/е+1150/б+0.09*n=1470/16,33 + 1150/1,5 + 0,09*2200 - 336 =718,67 єК

При ДТ = 400 в связи с более высоким подогревом в ДВС с воздушным охлаждением, коэффициент остаточных газов

гф = ((T0+ ДТ)/Тф)*(Pr/(еPa-Pr))=((288 + 40)/718,67)*(0,109/(16,33*0,0942 - 0,109)) = 0,035.

Температура заряда в конце пуска

Та = (T0+ ДТ+ гф*Тф )/(1+ гф )=(288 + 40 + 0,035*718,67)/(1 + 0,035) = 341,21єК

И коэффициент наполнения

зv = ((еPa-Pr )/((е-1)Po))*T0 /(T0+ ДТ)=((16,33*0,0942 - 0,109)/((16,33 - 1)*0,1)) * *(288/(288 + 40)) = 0,82.

1.3 Параметры процесса сжатия

При отсутствии достоверной информации о температуре самовоспламенения дизтоплива с ЦЧ = 45 ед. ее определяем через уровень октанового числа, т.е. ОЧ = =120 - 2*45 = 30 ед.

С учетом этого температура самовоспламенения топлива

Тсв = 1,2*ОЧ+1,02*10-2*ОЧ2+645=1,2*30 + 1,02*10-2*302 + 645 = 690 єК.

При ДТС = 260 0К найдем значение показателя политропы сжатия

К =(lg(Tсв + ДТс)-lgTa)/lgе=(lg(690+260) - lg341,21)/lg16,33 = 0,37.

Определим также значение n1

n1 = 1,41-100/n=1,41 - 100/2200 = 1,36.

С учетом этого, давление и температура в конце сжатия

РС = еn *Pa= 0,0942*16,331,37 = 4,3 МН/м2

ТС = еn-1*Ta=341,21*16,330,37 = 959 єК.

1.4 Параметры процесса сгорания

Потребное количество воздуха при стехиометрическом составе смеси

L0 =1/0,21*(С/12+Н/4+От/32) = 1/0,21*(0,87/12 + 0,126/4 - 0,004/32) = 0,4946 кмоль/кг*топл и свежего заряда М1 =б*L0 =1,5*0,4946 = 0,742 кмоль/кг*топл.

Количество компонентов продуктов сгорания и суммарное количество в кмолях/кг.топлива,

МСО2 = С/12= 0,87/12 = 0,0725; МН2О = Н/4 =0,126/2 = 0,063;

МО2 = 0,21*(б-1)*L0 = 0,21(1,5 - 1)*0,4946 = 0,052;

МN2 =0,79* б*L0 0,79*1,5*0,4946 = 0,586.

М2 = МСО2+ МО2 + МN2 + МН2О = 0,0725 + 0,063 + 0,052 + 0,586 = 0,774 кмоль/кг.топлива.

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения

м0 =М2/М1= 0,774/0,742 = 1,043;

мg = (м0 +гф )/(1+гф )=(1,043 + 0,035)/(1 + 0,035) = 1,042.

Теплотворность и внутренняя энергия свежего заряда

(мСv)C =20,6 + 0,00263*Тс =20,6 + 0,00263*959 = 23,12 кДж/кмоль*град.

UС =(мСv)C *ТС= 23,12*959 = 22172,1кДж/кмоль.

И внутренняя энергия продуктов сгорания при б = 1,5 при значении коэффициентов, а = 4457,8 и b = 0,0255 из табл. №1.

UЅC = а+b*T2C= 4457,8 + 0,0255*9592 = 27909,7кДж/кмоль.

Принимая среднюю скорость нарастания давления на линии активного тепловыделения ДР/Ду = 0,35 МПа/°п.к.в. (ДР/Ду = tgв = 3,5) и с учетом поправки на частоту вращения коленчатого вала, получим

в = arctg(ДP/Дt)ср*6*n = arctg3,5*10-4*6*2200 = arctg 4,62, следовательно, в = =77°40ґ и Кv = sinв = 0,9769.

Подставляя составляющие в уравнение сгорания, получим

QУ =НU/(M1(1+гф))+((UC+гфU”C)/(1+гф)) =42000/(0,742(1+ 0,035)) + (22172,1 + 0,035*27909,7)/(1 + 0,035) = 77053,5 кДж/кмоль.

откуда получим

UЅz = QУ/мg = 73947,7 кДж/кмоль,

а также Uzv = Kv* UЅz = 0,9769*73947,7 = 72239,5 кДж/кмоль.

Температура в точке Z процесса сгорания в значениях коэффициент А = 0,0313 и В = 253 по таблице из справочника, б = 1,5

tz =AU”Z+B= 0,0313*72239,5 + 253 = 2514°C,

Tz = 2514 + 273 = 2787 K.

Степень предварительного расширения

с =1+(е-1)(1-sinв) =1 + (16,33 - 1)*(1 - 0,9769) = 1,35.

Давление сгорания

Рz = Pc*мg/с*Tz/TC*(1+гф)/(1+мgгф) = 4,3*(1,042/1,35)*(2787/959)*((1 + 0,035)/(1 + 1,042*0,035)) = 9,65 МН/м2.

Степень последующего расширения и степень повышения давления

д = е/с =16,33/1,35 = 12,096; л =Рz / Pc = 9,65/4,3= 2,24.

1.5 Параметры процессов расширения и выпуска

Значение показателя политропы расширения

n2 = 1.14+145/n=1,14 + 145/2200 = 1,21.

И по методике И. И. Вибе для участка диаграммы, прилегающего к точке Z при условии К2 ?n2 и б = Кv = sinв

К2 = 1.259+76,7/Tz - (0.005+0.0372/б)*б = 1,259 + 76,7/2787 - (0,005 + +0,0372/1,5)*1,5 =1,24.

Аналогично, для точки b с учетом б = Кv = 1,0 и температуре

Твс = 1,84*Тс = 1,84*959 = 1764,56 єК.

К2 = 1,254 - 0.0372/б +76.7/ Твс =1,254 - 0,0372/1,5 + 76,7/1764,56 = 1,27.

Усредненное значение в процессе расширения

(К2)ср =((K2)z+(K2)b)/2 =(1,24 + 1,27)/2 = 1,255

Принимая во внимание, что n2 < K2 найдем усредненное по двум методикам значение n2 = (1,255 + 1,21)/2 = 1,23. Принимаем n2 = 1,23.

Давление и температура в точке b индикаторной диаграммы

Рв = Pz/дn2=9,65/12,0961,23 = 0,45МН/м2.

Тв = Tz/дn2-1=2787/12,0960,23 = 1571 К.

1.6 Параметры процесса выпуска

Тф = Тв/(Рв/Рф)1/3 = 1571/(0,45/0,109)1/3 = 989,67К

Относительная погрешность Д = (989,67 - 718,67)/989,67 = 0,27 = 27%.

1.7 Индикаторные показатели

Теоретическое среднее индикаторное давление

Рi' =(Pc/(е-1))*[0,5л(с-1)+(сл)/(n2-1)*(1-TB/TZ) - 1/(n1-1)*(1-Ta/TC)] =(4,3/(16,33 - - 1))*[0,5*2,24(1,35 - 1) + ((2,24*1,35)/(1,23 - 1))*(1 - 1571/2787) - (1/(1,36 - 1))* *(1 - 341,21/959)] = 1,23МН/м2.

При принятом цn = 0,95 среднее индикаторное давление действительного цикла

ДРr = Рz - Pa = 0,109 - 0,0942 = 0,0148 МН/м2;

Pi= цn Рi'- ДРr = 0,95*1,23-0,0148=1,15 МН/м2.

Индикаторный КПД и удельный расход топлива

зi = 8,314*(M1To Рi)/(HUP0зv)=8,314*((0,742*288*1,15)/(42000*0,1*0,82)) = 0,59,

gi =(3600*103)/HU*зi =(3600*103)/(42000*0,59) = 145г/кВтч.

1.8 Эффективные показатели работы ДВС

Давление механических потерь Рм и механический КПД зМ, с учетом СП = =8,8м/с, А = 0,089 и В = 0,0118

РМ = A+BCп =0,089 + 0,0118*8,8 = 0,19284 МН/м2;

Ре = Рi-Рм= 1,15 - 0,19284 = 0,9572 МН/м2;

зМ = 1- Рм/ Рi=1 - 0,19284/1,15 = 0,83

Эффективный КПД и удельный расход топлива

зе = зi * зм =0,59*0,83 = 0,49;

gе = gi/ зм =145/0,83 = 174,7 г/кВтч.

Часовой расход топлива

GТ =Nе gе *10-3=140*174,7*10-3 = 24,46 кг/час.

Объем цилиндра двигателя

Vh = (30*Nе*ф)/(Ре*i*n)=(30*140*4)/(0,9572*6*2200) =1,33л.

Принимая ш = S/Д = 1,0 по прототипу получим

Дц=?((4?V?)/(?????)); Дц=?((4?1,33/(3,14?1))=1 дм; Дц= 100 мм

принимая размеры цилиндра Дц = Sn = 100 мм.

Фактический объем цилиндра двигателя при Дц = Sn = 10 см

Vц =(рД2ц)/4*Sn=(3,14*102)/4*10 = 0,785 л.

И литраж двигателя Vh = 0,785*6 = 4,71 ? 5 л.

Крутящий момент

Ме = (3*104*Nе)/(nр)=(3*104*140)/(3,14*2200) = 607,99Н*М.

1.9 Построение индикаторной диаграммы

При МS = 1,0 мм в мм и масштабе давлений МР = 0,04 МН/м2 в мм, имеем

Vh = Sn/Ms = 120/1 =120 мм и Vh = Sn;

Vc = Sn/(е - 1) = 120/(16,33 - 1) = 7,83 мм.

Расстояние точки Z от начала координат

Vс = Vc*с = 7,83*1,35 = 10,57 мм

Давление в точке Z и ординаты характерных точек диаграммы

Р/Мр = 9,6/0,04 = 241,25 мм; Ра/Мр = 0,0942/0,04 = 2,355 мм;

Рс/Мр = 4,3/0,04 = 107,5 мм; Рв/Мр = 0,45/0,04 = 11,25 мм;

Рф/Мр = 0,109/0,04 = 2,725 мм; Р0/Мр = 0,1/0,04 = 2,5 мм.

Выбираем л = 0,28, I/л = 3,6.

Радиус кривошипа R = Sn/2 = 120/2 = 60 мм.

Заимствуя из таблицы значения f/Sn/ через 300 п.к.в. находим положение промежуточных точек по оси перемещений. Так, для первой точки при б = 300 п.к.в. f/Sn/ = 0,169, имеем

Sx = Rf/Sn/ = 60*0,169 = 10,14 мм.

Текущее значение f/бx/ для этой же точки

f/бx/ = (f/Sn/)/2 = 0,169/2 = 0,0845.

Текущее значение степени сжатия еx

еx = е/((е-1)* f/бx/+1)=16,33/((16,33 - 1)*0,0845 + 1) = 7,11.

И давление на сжатии для этой промежуточной точки

Рсх = Pa*еn1x =0,0942*7,111,36 = 1,36 МН/м2;

и в принятом масштабе давлений

Рсх = 1,36/0,04 = 34 мм.

Для удобства пользования результаты всех промежуточных расчетов заносим в табл. №1.

Уточняем координаты точек Z1 и Z2, для чего выбираем +Дс = 0,15 и -Дс = 0,18, тогда

с1 = с - Дс = 1,35 - 1,35*0,18 = 1,107;

с2 = с + Дс = 1,35 - 1,35*0,15 = 1,55.

И, соответственно, координаты в принятом масштабе

VZ1 = Vс1 = Vc*с1 = 7,85*1,107 = 8,67 мм;

VZ2 = Vс2 = Vc*с2 = 7,85*1,55 = 12,14 мм.

Найденные координаты точек наносятся на уровне точки

Таблица 1.1 - Основные параметры рабочего цикла двигателя

Параметры	Положение поршня
	0	1	2	3	4	5	6
	12	11	10	9	8	7	6
0п.к.в.	0	30	60	90	120	150	180
	360	330	300	270	240	210	180
f/Sn/	0	0,169	0,604	1,139	1,604	1,901	2,0
Sn, мм от ВМТ	0	10,14	36,24	68,34	96,24	114,06	120
f/бx/	0	0,0845	0,302	0,5695	0,802	0,9505	1,0
еx	16,33	7,11	2,9	1,68	1,23	1,05	1,0
Рсх, Мн/м2	4.3	1,36	0,4	0,191	0,125	0,101	0,0942
Рсх, мм	97,5	34	10	4,775	3,125	2,525	2,355
f/бn/	0,00	0,0617	0,279	0,5465	0,779	0,9275	0,977
дб	1,0	1,66	4	6,89	9,39	10,989	11,5
дбn2	1,0	1,85	5,35	10,33	15,03	18,18	19,21
Рвх, Мн/м2	9,65	5,23	1,8	0,93	0,642	0,531	0,502
Рвх, мм	241,25	130,75	45	23,25	16,05	13,275	12,55

Корректирующая поправка f/бс/ к функции перемещения, учитывающая координату точки Z от ВМТ на ветви расширения, являющаяся величиной постоянной

f/бс/ = (с - 1)/(е - 1) = (1,35 - 1)/(16,33 - 1) = 0,023.

Величина дn, т. е. значение дx в точке Z2 диаграммы, являющаяся также постоянной величиной

дn = Vn/VZ2 + 1 = 100/7,498 + 1 = 11,77.

Функция последующего расширения согласно

f/бn/ = f/бx/ - f/бс/ = 0,0845 - 0,023 = 0,0615.

Текущее значение степени последующего расширения

дx = (дn -1)*f/бn/ + 1 = (11,77 - 1)*0,0617 + 1 = 1,66;

И давление на линии расширения в расчетной точке согласно

Рвх = Pz/дn2x=9,65/1,661,21 = 5,23 МН/м2;

и в принятом масштабе, в мм

Рвх = 5,23/0,04 = 130,75 мм.

Положение точки С”. Принимая

РС' =(1,15ч1,25) =1,2*РС, получим

РС' = 1,2*4,3 = 5,16МН/м2, и с учетом принятого масштаба

РС' = 5,16/0,04 = 129 мм.

Скругления индикаторной диаграммы с учетом фаз газораспределения выполняются с ориентацией на прототип. При отсутствии достоверных данных по прототипу их выбирают в соответствии с общепринятыми рекомендациями теории ДВС, базирующихся на статистических данных.

Принимая во внимание отсутствие достоверной информации по прототипу, ориентировочно принимаем значения определяющих параметров: начало открытия впускного клапана (точка ф') - за 130 до ВМТ и окончание открытого состояния (точка а”) - 490 после НМТ; выпуск - начало (точка е') за 660 до НМТ и окончание (точка а') - 100 после ВМТ. С учетом уровня быстроходности дизеля принят угол опережения топливоподачи за 200 до ВМТ (точка с') и продолжительности периода задержки воспламенения Дб1 = 8,00 (точка f). Расчетные координаты этих точек на индикаторной диаграмме сведены в табл.1.2.

Таблица 1.2-расчетные координаты точек ф', a', a”, e', f, b'

Обозначение точек	Положение точек	б0	f/Sn/	Расстояние точек от ВМТ, мм
ф'	250 до ВМТ	25	0,1172	7,032
a'	250 после ВМТ		0,1172	7,032
a”	600 после НМТ	120	1,599	95,94
e'	200 до ВМТ	20	0,0757	4,542
f	/20-6/ до ВМТ	12	0,0276	1,656
b'	600 до НМТ	120	1,599	95,94

Найденные расчетным путем точки на ветвях сжатия и расширения наносят на график и соединяют лекальными кривыми.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В области развития и совершенствования автомобильных и тракторных двигателей основными задачами являются: расширения использования дизелей, повышению топливной экономичности и снижению удельной массы двигателей, а также стоимости их производства и эксплуатации.

На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами в атмосферу, а также задачи по снижению шума двигателей в процессе эксплуатации.

 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автомобильные двигатели/ Архангельский В.М. Визерт М.М., Войнов А.Н. и др. Под ред. проф. Ховаха М.С.- М.:Машиностроение,1977

2. Автомобили КамАЗ: Техническое обслуживание и ремонт/ А22 В.Н. Барун, Р.А. Азаматов, В.А. Трынов и др.-М.: Транспорт, 1984. 251с, ил., табл.

3. Теория двигателей внутреннего сгорания/ Дьяченко Н.Х., Костин А.К., Пугечев Г.П. и др. Под ред. проф. Н.Х.Дьяченко.- Л.: Машиносторение, 1974.

4.Корчемный Л.В. Механизм газораспределения двигателя.- М.: Машиностроение, 1964.

5. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 1980.-400с., ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Размещено на Allbest.ru

...